(57)【要約】【課題】差動増幅器の増幅度を低下させずにコモンモード電圧を一定に制御する。【解決手段】コモンモード電圧検出回路１３の２個のＭＯＳトランジスタＱ１２，Ｑ１３のゲートには差動増幅器１２の出力電圧が入力し、ドレインに接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点の電圧がコモンモード検出電圧として出力される。電圧制御回路１５は、抵抗の中点の電圧と基準電圧を比較し、中点の電圧が基準電圧より低い場合には、差動増幅のコモンモード電圧を下げるようなフィードバックをかけ、中点の電圧が基準電圧より高い場合には、コモンモード電圧を上げるようなフィードバックをかける。【選択図】      図１
2005354172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動増幅器の電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して差動増幅器のコモンモード電圧を一定に制御するコモンモードフィードバック回路であって、
前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力される第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
電源側に接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタと、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備えるコモンモードフィードバック回路。
【請求項２】
前記コモンモード電圧検出回路の前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタである請求項１記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項３】
前記差動増幅器は、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタとを有し、
前記電圧制御回路の前記第７及び第８のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１とチャネル長Ｌ１とで決まるＷ／Ｌと、前記第９及び第１０のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２とチャネル長Ｌ２とで決まるＷ／Ｌとの比と、
前記差動増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１’とチャネル長Ｌ１’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２’とチャネル長Ｌ２’とで決まるＷ／Ｌとの比とが同一になるように設定した請求項１または２記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項４】
前記差動増幅器は、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタと、電流源を構成する少なくとも１個の第１３のＭＯＳトランジスタを有し、
前記電圧制御回路は、電流源を構成する少なくとも１個の第１４のＭＯＳトランジスタを有し、
前記電圧制御回路の前記第７及び第８のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１とチャネル長Ｌ１とで決まるＷ／Ｌと、前記第９及び第１０のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２とチャネル長Ｌ２とで決まるＷ／Ｌと、前記第１４のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ３とチャネル長Ｌ３とで決まるＷ／Ｌとの比と、
前記差動増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１’とチャネル長Ｌ１’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２’とチャネル長Ｌ２’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１３のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ３’とチャネル長Ｌ３’とで決まるＷ／Ｌとの比とが同一になるように設定した請求項１または２記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項５】
前記コモンモード電圧検出回路の前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、それぞれダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなる請求項１乃至４の何れか一項に記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項６】
前記基準電圧生成回路は、左右対称な前記コモンモード電圧検出回路の一方の回路と同一の構成を有する請求項１乃至５の何れか１項に記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項７】
差動増幅器の電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して差動増幅器のコモンモード電圧を一定に制御するコモンモードフィードバック回路であって、
前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力される第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、
電源側に接続された第７のＭＯＳトランジスタと、前記第７のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第８のＭＯＳトランジスタとからなる基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備えるコモンモードフィードバック回路。
【請求項８】
前記コモンモード電圧検出回路の前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタ及び、前記基準電圧生成回路の前記第７のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタである請求項７記載のコモンモードフィードバック回路。
【請求項９】
電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第３及び第４のＭＯＳトランジスタとを有する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力される第５及び第６のＭＯＳトランジスタと、前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
電源側に接続された第９及び第１０のＭＯＳトランジスタと、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備える相互コンダクタンス増幅器。
【請求項１０】
前記コモンモード電圧検出回路の前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタである請求項９記載の相互コンダクタンス増幅器。
【請求項１１】
前記コモンモード電圧検出回路の第７及び第８のＭＯＳトランジスタはダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなり、
前記基準電圧生成回路は、電源側に接続された第１３のＭＯＳトランジスタと、前記第１３のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第１４のＭＯＳトランジスタとからなる請求項９または請求項１０記載の相互コンダクタンス増幅器。
【請求項１２】
電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタを有する複数の相互コンダクタンス増幅器と複数のコンデンサと、
前記相互コンダクタンス増幅器の出力電圧がそれぞれのゲートに入力される第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
電源側に接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタと、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記相互コンダクタンス増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを有するコモンモードフィードバック回路とを備えたｇｍＣフィルタ。
【請求項１３】
前記コモンモード電圧検出回路の前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタである請求項１２記載のｇｍＣフィルタ。
【請求項１４】
前記コモンモード電圧検出回路の第５及び第６のＭＯＳトランジスタはダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなり、
前記基準電圧生成回路は、電源側に接続された第１１のＭＯＳトランジスタと、前記第１１のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第１２のＭＯＳトランジスタとからなる請求項１２または請求項１３記載のｇｍＣフィルタ。
【請求項１５】
前記コモンモードフィードバック回路の出力電圧を、前記複数の相互コンダクタンス増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給して、前記複数の相互コンダクタンス増幅器のコモンモード電圧を一定に制御する請求項１２乃至１４の何れか一項に記載のｇｍＣフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動増幅器のコモンモード電圧を一定値に制御するコモンモードフィードバック回路、コモンモードフィードバック回路を有する相互コンダクタンス増幅器及びｇｍＣフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
出力インピーダンスが高く、増幅度の大きい差動増幅器は電流のわずかな変化により直流出力電圧が大きく変動するので、直流出力電圧を検出して直流出力電圧を一定に制御するコモンモードフィードバック回路が設けられている。
図３は、直流出力電圧（コモンモード電圧）の検出回路を設けた差動増幅器４１の回路図である。
【０００３】
差動増幅器４１は、２個のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ４５，Ｑ４６と、４個のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ４１〜Ｑ４４とからなる。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ４１のゲートには入力信号Ｖｉｎ＋が入力し、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ４２のゲートには、その反転信号Ｖｉｎ−が入力する。ＭＯＳトランジスタＱ４１とＱ４２のドレイン間には抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されており、その中点の電圧Ｖｃｍがコモンモード電圧として図示しないコモンモードフィードバック回路に出力される。
【０００４】
コモンモードフィードバック回路は、コモンモード電圧を基準電圧と比較し、両者の差電圧に応じた電圧をｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ４５，Ｑ４６のゲートに供給してコモンモード電圧を一定値に制御する。なお、図３には、ＭＯＳトランジスタＱ４５，Ｑ４６のゲートに一定のバイアス電圧Ｖ＿ＢＩＡＳ２を供給しているが、このゲート電圧を可変してコモンモード電圧を制御する。
【０００５】
特許文献１には、コモンモード電圧を独立に検出・制御することにより、入力信号と出力信号の干渉を防止することが記載されている。
特許文献２には、コモンモード電圧検出回路の出力によりコモンモード吸収電流を発生するＭＯＳトランジスタを設け、回路パラメータのばらつきによる性能低下とコモンモード電圧のｇｍ依存性を低減することが記載されている。
【０００６】
特許文献３には、差動増幅器の出力電圧をレベルシフト回路とコモンモードフィードバック回路により一定電圧低下させ、その低下させた電圧の平均電圧が一定になるように制御することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−７６７９６号公報
【特許文献２】特開２００１−２９２０４２号公報
【特許文献３】特開平８−２８８７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３の回路は、コモンモード電圧を検出するための抵抗を差動増幅器の出力側に接続しているために出力インピーダンスが小さくなり、差動増幅器の増幅度が低下するという問題点があった。コモンモード電圧を検出するための抵抗値を大きくすれば、増幅度の低下は防げるが、出力インピーダンスの大きい増幅器に対してはかなり大きな抵抗値にする必要がある。しかしながら、半導体集積回路上に大きな抵抗を使用する場合、広いレイアウト面積を要し、また抵抗値のばらつきにより出力インピーダンスもばらつくという問題点があった。
【０００８】
また、半導体集積回路上にフィルタを形成するためにｇｍＣフィルタ等の能動フィルタが用いられるが、ｇｍＣフィルタに用いられる相互コンダクタンス増幅器にもコモンモード電圧を一定に保つコモンモードフィードバック回路が必要となる。
本発明の課題は、差動増幅器の増幅度を低下させずにコモンモード電圧を一定に制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコモンモードフィードバック回路は、差動増幅器の電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して差動増幅器のコモンモード電圧を一定に制御するコモンモードフィードバック回路であって、前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力される第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、電源側に接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタと、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備える。
【００１０】
この発明によれば、差動増幅器の出力がコモンモードフィードバック回路のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されるので差動増幅器の増幅度が低下しない。また、第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレインからコモンモード電圧を取り出しているので、例えば、負荷となるＭＯＳトランジスタのサイズを変化させることで出力電圧を容易に調整できる。
【００１１】
例えば、上記の差動増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６に対応する。
コモンモード電圧検出回路の第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２に対応し、第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９とＱ８，Ｑ１０に対応する。
【００１２】
基準電圧生成回路は、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
電圧制御回路の第７及び第８のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９，Ｑ２０に対応し、第９及び第１０のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６及びＱ１７に対応する。
【００１３】
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタからなる。
このように構成することでオペアンプに入力される電位を、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用した場合と比べて、比較的自由に設定することができる。また、回路規模も小さくできる。
【００１４】
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記差動増幅器は、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタとを有し、前記電圧制御回路の前記第７及び第８のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１とチャネル長Ｌ１とで決まるＷ／Ｌと、前記第９及び第１０のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２とチャネル長Ｌ２とで決まるＷ／Ｌとの比と、前記差動増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１’とチャネル長Ｌ１’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２’とチャネル長Ｌ２’とで決まるＷ／Ｌとの比とが同一になるように設定した。
【００１５】
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記差動増幅器は、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタと、電流源を構成する少なくとも１個の第１３のＭＯＳトランジスタを有し、前記電圧制御回路は、電流源を構成する少なくとも１個の第１４のＭＯＳトランジスタを有し、前記電圧制御回路の前記第７及び第８のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１とチャネル長Ｌ１とで決まるＷ／Ｌと、前記第９及び第１０のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２とチャネル長Ｌ２とで決まるＷ／Ｌと、前記第１４のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ３とチャネル長Ｌ３とで決まるＷ／Ｌとの比と、前記差動増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ１’とチャネル長Ｌ１’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ２’とチャネル長Ｌ２’とで決まるＷ／Ｌと、前記第１３のＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗ３’とチャネル長Ｌ３’とで決まるＷ／Ｌとの比とが同一になるように設定した。
【００１６】
このように電圧制御回路の各ＭＯＳトランジスタのチャネル幅とチャネル長とで決まるＷ／Ｌの比と、差動増幅器の対応するＭＯＳトランジスタのチャネル幅とチャネル長とで決まるＷ／Ｌとの比が同一になるようにすることで両者の回路の特性をそろえることができ、それによって制御動作を安定化させることができる。さらに、電圧制御回路の各ＭＯＳトランジスタのチャネル幅を差動増幅器の対応するＭＯＳトランジスタのチャネル幅より小さくすることで回路の特性をそろえ、かつ電圧制御回路の消費電力を少なくできる。
【００１７】
例えば、上記の差動増幅器の第１３のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４に対応し、上記電圧制御回路の第１４のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１８に対応する。
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、それぞれダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなる。
【００１８】
このように構成することでダイオード接続されたＭＯＳトランジスタのサイズを調整することで、コモンモード電圧検出回路の負荷を調整して出力電圧を所望の値に設定することができる。また、負荷としてダイオード接続したＭＯＳトランジスタのサイズを調整してドレイン電圧のレベルを調整できるので、電源側に接続されたＭＯＳトランジスタに流れる電流を大きくせずに必要な出力電圧を得ることができる。
【００１９】
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記基準電圧生成回路は、左右対称な前記コモンモード電圧検出回路の一方の回路と同一の構成を有する。
このように構成することで、コモンモード電圧検出回路と基準電圧生成回路の特性を揃え、ＭＯＳトランジスタの特性のばらつき、電源電圧の変動等による出力電圧の誤差を減らすことができる。
【００２０】
本発明の他のコモンモードフィードバック回路は、差動増幅器の電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して差動増幅器のコモンモード電圧を一定に制御するコモンモードフィードバック回路であって、前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力する第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、電源側に接続された第７のＭＯＳトランジスタと、前記第７のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第８のＭＯＳトランジスタとからなる基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備える。
【００２１】
この発明によれば、差動増幅器の出力がコモンモードフィードバック回路のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されるので差動増幅器の増幅度が低下しない。また、コモンモード電圧検出回路と基準電圧生成回路のドレインにダイオード接続されたＭＯＳトランジスタを接続し、そのＭＯＳトランジスタのサイズを調整することで負荷の値を調整して所望の出力電圧を得ることができる。
【００２２】
例えば、上記の差動増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５及びＱ６に対応する。
コモンモード電圧検出回路の第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２に対応し、第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９とＱ８，Ｑ１０に対応する。
【００２３】
また、基準電圧生成回路の第７のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５に対応し、第８のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
また、電圧制御回路の第９及び第１０のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６及びＱ１７に対応する。
【００２４】
本発明のコモンモードフィードバック回路の他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタ及び、前記基準電圧生成回路の前記第７のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタからなる。
本発明の相互コンダクタンス増幅器は、電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、入力信号とその反転信号を差動増幅する第３及び第４のＭＯＳトランジスタとを有する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧がそれぞれゲートに入力する第５及び第６のＭＯＳトランジスタと、前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記差動増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを備える相互コンダクタンス増幅器。
【００２５】
この発明によれば、差動増幅器の出力がコモンモードフィードバック回路のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されるので差動増幅器の増幅度が低下しない。また、電圧制御回路の構成を差動増幅器のトランジスタ構成と同一にしてあるのでＭＯＳトランジスタの特性のバラツキ等による影響を受けにくく、制御動作が安定する。
例えば、上記の差動増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６に対応し、第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２に対応する。
【００２６】
コモンモード電圧検出回路の第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１、Ｑ１２に対応し、第７及び第８のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７、Ｑ１０とＱ８、Ｑ１１に対応する。
基準電圧生成回路は、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
【００２７】
電圧制御回路の第９及び第１０のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６，Ｑ１７に対応する。
本発明の相互コンダクタンス増幅器の他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタからなる。
本発明の相互コンダクタンス増幅器の他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の第７及び第８のＭＯＳトランジスタはダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなり、前記基準電圧生成回路は、電源側に接続された第１３のＭＯＳトランジスタと、前記第１３のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第１４のＭＯＳトランジスタとからなる。
【００２８】
例えば、基準電圧生成回路の第１３のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５に対応し、第１４のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
本発明のｇｍＣフィルタは、電源側に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタを有する複数の相互コンダクタンス増幅器と複数のコンデンサと、前記相互コンダクタンス増幅器の出力電圧がそれぞれのゲートに入力される第３及び第４のＭＯＳトランジスタと、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのドレイン間に直列に接続された少なくとも２個の抵抗と、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタと縦続接続された第５及び第６のＭＯＳトランジスタとからなるコモンモード電圧検出回路と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、電源側に接続された第７及び第８のＭＯＳトランジスタと、前記基準電圧生成回路から出力される基準電圧と前記コモンモード電圧検出回路の前記抵抗の中点の電圧がそれぞれのゲートに入力され、前記基準電圧と前記中点の電圧の差電圧に応じた電圧を前記相互コンダクタンス増幅器の前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する第９及び第１０のＭＯＳトランジスタとからなる電圧制御回路とを有するコモンモードフィードバック回路とを備える。
【００２９】
例えば、上記の相互コンダクタンス増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６に対応する。
コモンモード電圧検出回路の第３及び第４のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２に対応し、第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９とＱ８，Ｑ１０に対応する。
【００３０】
基準電圧生成回路は、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
電圧制御回路の第７及び第８のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９，Ｑ２０に対応し、第９及び第１０のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６及びＱ１７に対応する。
【００３１】
本発明のｇｍＣフィルタの他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の前記第５及び第６のＭＯＳトランジスタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタからなる。
本発明のｇｍＣフィルタの他の態様は、前記コモンモード電圧検出回路の第５及び第６のＭＯＳトランジスタはダイオード接続されたＭＯＳトランジスタからなり、前記基準電圧生成回路は、電源側に接続された第１１のＭＯＳトランジスタと、前記第１１のＭＯＳトランジスタと縦続接続され、ダイオード接続された第１２のＭＯＳトランジスタとからなる。
【００３２】
例えば、基準電圧生成回路の第１１のＭＯＳトランジスタは、図１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５に対応し、第１２のＭＯＳトランジスタは、図１のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４に対応する。
本発明のｇｍＣフィルタの他の態様は、前記コモンモードフィードバック回路の出力電圧を、前記複数の相互コンダクタンス増幅器の第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに供給して、前記複数の相互コンダクタンス増幅器のコモンモード電圧を一定に制御する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、差動増幅器の出力にコモンモード電圧を検出するための抵抗が直接接続されないので差動増幅器の増幅度が低下しない。また、例えば、コモンモード電圧検出回路のＭＯＳトランジスタ、あるいはコモンモード電圧検出回路と基準電圧生成回路のＭＯＳトランジスタにダイオード接続したＭＯＳトランジスタを負荷として接続し、そのＭＯＳトランジスタのサイズを調整することで所望の出力電圧を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のコモンモードフィードバック回路を有する増幅器（相互コンダクタンス増幅器）１１の回路図である。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１のゲートには信号Ｖｉｎ＋が入力し、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２のゲートにはその反転信号Ｖｉｎ−が入力する。電源ＶｃｃとｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のドレインとの間にはｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６が接続されている。
【００３５】
また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のソース間には抵抗Ｒｓが接続され、ソースには、それぞれ電流源を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４が接続され、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４のソースは接地されている。このｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートには同じバイアス電圧Ｖ＿ＢＩＡＳが与えられている。
【００３６】
上記のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４とで差動増幅器１２を構成している。
ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１２のソースは電源Ｖｃｃに接続され、ゲートには、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン出力電圧Ｖｃｍ＋Ｖａｃ（コモンモード電圧Ｖｃｍ＋信号電圧Ｖａｃ）が入力する。ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３のソースは電源Ｖｃｃに接続され、ゲートにはｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２のドレイン電圧Ｖｃｍ−Ｖａｃが入力する。
【００３７】
ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のドレイン間には２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている。
ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１に縦続に、ダイオード接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７とＱ９が接続されている。また、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１２に縦続に、ダイオード接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ８とＱ１０が接続されている。
【００３８】
これらｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１０と、抵抗Ｒ１，Ｒ２とでコモンモード電圧検出回路１３を構成している。
このコモンモード電圧検出回路１３は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のドレインにダイオード接続されたＭＯＳトランジスタＱ７、Ｑ９、Ｑ８，Ｑ１０を負荷として接続しているので、ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１０のサイズを調整することでドレイン電圧レベルを比較的自由に変えることができ、回路の設計の自由度が高くなる。また、ダイオード接続したＭＯＳトランジスタを使用し、ＭＯＳトランジスタのサイズ（チャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比）を調整することでｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２に流れる電流を大きくせずに出力電圧を大きくできる。
【００３９】
このコモンモード電圧検出回路１３のＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２のドレイン電圧は、差動増幅器１２のコモンモード電圧ＶｃｍからｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１またはＱ１２のゲート・ドレイン間電圧Ｖｇｄ分低下した電圧となる。従って、抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点の電圧（コモンモード電圧Ｖｃｍ’）は、差動増幅器１２のコモンモード電圧ＶｃｍよりＭＯＳトランジスタＱ１１（またはＱ１２）のゲート・ドレイン間電圧Ｖｇｄ分低い電圧となる。
【００４０】
ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５のソースは電源Ｖｃｃに接続され、そのｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５と縦続に、ダイオード接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３とＱ１４が接続され、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５のドレインとｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３のドレインの接続点の電圧を基準電圧として出力する。
これらｐチャネルＭＯＳトランジスタ１５とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４とで基準電圧生成回路１４を構成している。この基準電圧生成回路１４の出力電圧（基準電圧）は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５のゲートに入力するバイアス電圧Ｖｉｎ＿ＤＣよりＭＯＳトランジスタＱ１５のゲート・ドレイン間電圧Ｖｇｄ分低い電圧となる。
【００４１】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６のゲートには、基準電圧生成回路１４のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５のドレイン電圧が基準電圧として与えられ、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のゲートには、コモンモード電圧検出回路１３の抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点の電圧Ｖｃｍ’が与えられる。
電源ＶｃｃとｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６とＱ１７のドレインとの間にはｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９とＱ２０がそれぞれ接続され、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９とＱ２０のゲートは互いに接続され、そのゲートはｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９のドレインと接続されている。
【００４２】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電圧は、差動増幅器１２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５とＱ６のゲートにフィードバックされ、これにより差動増幅器１２のコモンモード電圧が一定値に制御される。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６及びＱ１７のソースには、電流源を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１８が共通接続されている。このｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１８のゲートには、上述した差動増幅器１２のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３及びＱ４のゲートに印加されている電圧Ｖ＿ＢＩＡＳと同じ電圧が与えられている。
【００４３】
上記のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６，Ｑ１７及びＱ１８と、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９及びＱ２０とで電圧制御回路１５を構成している。
上記のコモンモード電圧検出回路１３と基準電圧生成回路１４と電圧制御回路１５とでコモンモードフィードバック回路１６を構成する。
次に、以上のような構成の相互コンダクタンス増幅器１１の動作を説明する。
【００４４】
今、差動増幅器１２の出力（Ｖｃｍ＋Ｖａｃ、Ｖｃｍ−Ｖａｃ）の内の直流電圧（以下、コモンモード電圧Ｖｃｍ）が所定値より大きくなると、コモンモード電圧検出回路１３のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のゲート電圧がその分上昇する。ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のゲート電圧が上昇すると、ゲート・ソース間電圧が小さくなりドレイン電圧が下降する。これにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点の電圧Ｖｃｍ’は下降する。
【００４５】
このとき、基準電圧生成回路１４からは一定の基準電圧が出力されているので、電圧制御回路１５のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のゲート電圧（コモンモード電圧検出回路１３の出力電圧）の方が、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６のゲート電圧（基準電圧生成回路１４から出力される基準電圧）より小さくなり、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電流が減少する。ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電流が減少すると、負荷であるｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ２０のソース・ドレイン間の電圧降下が小さくなり、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電圧が上昇する。
【００４６】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電圧が上昇すると、差動増幅器１２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６のゲート・ソース間の電圧が減少し、ソース・ドレイン間の電圧降下が増大する。その結果、コモンモード電圧Ｖｃｍが低下する。
すなわち、上記のコモンモードフィードバック回路１６により、差動増幅器１２のコモンモード電圧Ｖｃｍの増加を抑える方向にフィードバックがかかる。
【００４７】
他方、差動増幅器１２のコモンモード電圧Ｖｃｍが所定値より小さくなると、コモンモード電圧検出回路１３のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のゲート電圧がその分だけ低くなる。ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のゲート電圧が低くなると、ゲート・ソース間電圧が大きくなりドレイン電圧が上昇する。これにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点の電圧Ｖｃｍ’が上昇する。
【００４８】
このとき、基準電圧生成回路１４からは一定の基準電圧が出力されているので、電圧制御回路１５のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のゲート電圧（コモンモード電圧検出回路１３の出力電圧）の方が、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１６のゲート電圧（基準電圧生成回路１４から出力される基準電圧）より高くなり、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電流が増加する。ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電流が増加すると、負荷であるｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ２０のソース・ドレイン間の電圧降下が大きくなり、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電圧が下降する。
【００４９】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１７のドレイン電圧が下降すると、そのドレイン電圧は、差動増幅器１２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５とＱ６のゲートに与えられているので、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ５とＱ６のソース・ドレイン間の電圧降下が減少する。その結果、コモンモード電圧Ｖｃｍが上昇する。
すなわち、上記のコモンモードフィードバック回路１６により差動増幅器１２のコモンモード電圧Ｖｃｍの減少を抑える方向のフィードバックがかかる。
【００５０】
上述した第１の実施の形態のコモンモードフィードバック回路１６によれば、差動増幅器１２の増幅度を低下させずにコモンモード電圧を一定に制御することができる。
また、コモンモード電圧検出回路１３にｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２を用い、ドレイン側に負荷としてダイオード接続したｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１０を用いることでフィードバックループの増幅度を小さくして、フィードバック回路の位相余裕を十分に確保することができる。
【００５１】
また、ダイオード接続したｎチャネルＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比を調整することでコモンモード電圧検出回路１３の出力電圧レベルを調整できるので所望の出力電圧に容易に調整できる。
さらに、基準電圧生成回路１４の回路構成をコモンモード電圧検出回路１３の左右対称な構成の回路の一方と同じ構成にし、コモンモード電圧検出回路１３のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１（またはＱ１２）とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ７及びＱ９（またはＱ８及びＱ１０）のサイズ（チャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比）と、基準電圧生成回路１４のｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１５とｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及びＱ１４のサイズを同一に設計することで、ＭＯＳトランジスタの特性のバラツキ、電源電圧の変動等による両者の出力電圧の誤差を少なくできる。
【００５２】
また、例えば、電圧制御回路１５ののチャネル長を一定にしたときに、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１９、Ｑ１６、Ｑ２０、Ｑ１７のチャネル幅Ｗの比を、差動増幅器１２の対応するＭＯＳトランジスタのチャネル幅Ｗの比と同一または相似に設定することで、電圧制御回路１５の特性を制御対象の差動増幅器１２の特性とほぼ一致させることができる。また、電圧制御回路１５のＭＯＳトランジスタのチャネル幅を小さくすることで消費電流を少なくできる。
【００５３】
なお、第１の実施の形態では、電圧制御回路１５の電流源を１個のＭＯＳトランジスタＱ１８で構成しているので、ＭＯＳトランジスタＱ１８のチャネル幅ＷをＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４のチャネル幅Ｗの２倍にしてある。
図１の回路では、差動増幅器１２のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のソースに接続される電流源を２個のｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４で構成しているが、ソース間の抵抗Ｒｓを無くし、共通の電流源として１個のＭＯＳトランジスタで構成しても良い。
【００５４】
次に、図２は、本発明の第２の実施の形態のｇｍＣフィルタ２１の回路図である。
ｇｍＣフィルタ２１は、縦続接続された複数の相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１、ｇｍ２、ｇｍ３と、それらの相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ３の出力側に接続された複数のコンデンサＣと、相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１及びｇｍ２に並列に接続された相互コンダクタンス増幅器ｇｍ４及びコンデンサＣとからなる。
【００５５】
図２には、相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４の回路構成は示していないが、各相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４は、図１に示す差動増幅器１２を有し、図１のコモンモードフィードバック回路１６が共通に使用されている。
この第２の実施の形態では、各段の相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４の差動増幅器１２のソース抵抗Ｒｓの値を調整してｇｍ１〜ｇｍ４の値を変化させている。そして、各相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４のコモンモード電圧の設計値を等しくし、コモンモードフィードバック回路１６を共用している。
【００５６】
上述した第２の実施の形態によれば、複数の相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４がコモンモードフィードバック回路１６を共通に使用することができるので、ｇｍＣフィルタの回路構成が簡素になる。
なお、ｇｍＣフィルタ２１の全ての相互コンダクタンス増幅器ｇｍ１〜ｇｍ４に対して１つのコモンモードフィードバック回路１６を共通使用する場合に限らず、複数のコモンモードフィードバック回路１６を使用しても良い。また、コモンモードフィードバック回路１６の基準電圧生成回路１４のみを共用するようにしても良い。
【００５７】
本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）本発明は、相互コンダクタンス増幅器、ｇｍＣフィルタ等に限らず、ΣΔ変換器、Ｄ／Ａ、Ａ／Ｄ変換器、その他の能動フィルタにも適用できる。
（２）コモンモードフィードバック回路１６の構成は、実施の形態に示した回路に限らず、その一部を公知の他の回路と置き換えても良い。
（３）実施の形態では、コモンモード電圧検出回路にダイオード接続された２個のＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９とＱ８，Ｑ１０を用いているが、ダイオード接続された１個のＭＯＳトランジスタ、あるいは３個以上のＭＯＳトランジスタを用いてもよい。
（４）実施の形態では、ＭＯＳトランジスタＱ５、Ｑ６、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１５、Ｑ１９、Ｑ２０をｐチャネルＭＯＳトランジスタとし、他のトランジスタをｎチャネルＭＯＳトランジスタとしたが、これに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態の増幅器の回路図である。
【図２】第２の実施の形態のｇｍＣフィルタの回路図である。
【図３】従来のコモンモードフィードバック回路の説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１１      増幅回路
１２      差動増幅器
１３      コモンモード電圧検出回路
１４      基準電圧生成回路
１５      電圧制御回路
１６      コモンモードフィードバック回路
Ｑ５，Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１５    ｐチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑ１９，Ｑ２０                        ｐチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ７〜Ｑ１０              ｎチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１６，Ｑ１７，Ｑ１８  ｎチャネルＭＯＳトランジスタ
【図１】
2005354172.tif 000003
【図２】
2005354172.tif 000004
【図３】
2005354172.tif 000005