(57)【要約】【課題】  温度特性を持たない電流出力信号が得られる電流出力型増幅回路を提供する。【解決手段】  トランジスタＱ１とＱ２のエミッタの共通接続点に、電流制御用のトランジスタＱ１３と電流検出用の抵抗ＲＶ１の直列回路と、電流源ＩＲ３と抵抗ＲＤ３の直列回路と、抵抗ＲＶ１の端子間電圧と抵抗ＲＤ３の端子間電圧に応じてトランジスタＱ１３を制御する誤差増幅器ＡＭＰとを備える電流源ＩＶ１を設ける。なお、抵抗ＲＤ３は電圧電流変換回路４を構成する抵抗ＲＤ１、ＲＤ２と同じ形態、同じ特性を持つものとし、電流源ＩＲ３は温度特性を持たないものとする。この電流源ＩＶ１の作用により、電流出力信号に含まれる電圧電流変換回路４に由来する温度特性を打ち消す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれのエミッタが共通接続されて差動対を形成する第１と第２のトランジスタと、該第１と第２のトランジスタの各エミッタの共通接続点に接続された第１の電流源と、該第１のトランジスタのベースと信号入力端子との間に接続された電圧電流変換回路と、該第１のトランジスタとカレントミラー回路を構成する第３のトランジスタと、該第２のトランジスタとカレントミラー回路を構成する第４のトランジスタと、該第３と第４のトランジスタの各エミッタの共通接続点に接続された第２の電流源と、を具備し、該信号入力端子を介して供給された電圧信号に相当する電流信号を出力する電流出力型増幅回路において、
該電圧電流変換回路と該第１の定電流源の各出力の温度特性を変化量が同じで符号が逆の関係にしたことを特徴とする電流出力型増幅回路。
【請求項２】
前記電圧電流変換回路が前記第１のトランジスタのベースと前記信号入力端子との間に接続された第１の抵抗素子と、前記第２のトランジスタのベースに接続された第２の抵抗素子とを有し、該第１と第２の抵抗素子は半導体基板上に形成された拡散抵抗からなることを特徴とする、請求項１に記載した電流出力型増幅回路。
【請求項３】
前記第１の電流源が、電流制御用の第５のトランジスタと、該第５のトランジスタの主電流路に直列接続された第３の抵抗素子と、温度変化に対して安定した電流出力が得られる第３の電流源と、該第３の電流源から電流の供給を受ける第４の抵抗素子と、該第３と第４の各抵抗素子に生じる電位差に応じて該第５のトランジスタの状態を制御する誤差増幅器と、を具備することを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載した電流出力型増幅回路。
【請求項４】
前記第１と第３の各抵抗素子が、同じ半導体基板上に形成された拡散抵抗からなることを特徴とする、請求項３に記載した電流出力型増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化に伴う出力変化の無い電流出力型増幅回路を構成するための回路技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２には電流出力型増幅回路の従来の一例の回路図を示した。この電流出力型増幅回路はギルバートセルを利用したものであり、以下のような回路構成となっている。
ギルバートセル５を構成するＮＰＮ型のトランジスタＱ１〜Ｑ４を設け、トランジスタＱ１とＱ２のそれぞれのエミッタを共通接続し、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４のそれぞれのエミッタを共通接続する。トランジスタＱ３のコレクタ、ベース間を短絡し、トランジスタＱ３とトランジスタＱ１の各ベース間を接続する。同様に、トランジスタＱ４のコレクタ、ベース間を短絡し、トランジスタＱ４とトランジスタＱ２の各ベース間を接続する。
【０００３】
トランジスタＱ１とＱ２のエミッタ同士の共通接続点は電流源ＩＶ１を介してグランドに接続し、トランジスタＱ３とＱ４のエミッタ同士の共通接続は電流源ＩＲ３を介してグランドに接続する。トランジスタＱ１とＱ３のベース同士の共通接続点は抵抗ＲＤ１を介して信号入力端子１に接続し、トランジスタＱ２とＱ４のベース同士の共通接続点は抵抗ＲＤ２を介して低電位側電極がグランドに接続された電圧源ＶＲ１の高電位側電極に接続する。なお、この抵抗ＲＤ１、ＲＤ２により電圧電流変換回路４が形成されている。
【０００４】
トランジスタＱ１のコレクタはＰＮＰ型のトランジスタＱ５のコレクタに接続し、トランジスタＱ５のエミッタは電源供給端子３に接続する。トランジスタＱ５のコレクタ、ベース間は短絡し、そのベースはエミッタが電源供給端子３に接続されたＰＮＰ型のトランジスタＱ７のベースに接続する。トランジスタＱ７のコレクタはＮＰＮ型のトランジスタＱ９のコレクタに接続し、トランジスタＱ９のエミッタはグランドに接続する。トランジスタＱ９のコレクタ、ベース間を短絡し、そのベースはＮＰＮ型のトランジスタＱ１０のベースに接続する。トランジスタＱ１０のエミッタはグランドに接続し、そのコレクタは信号出力端子２に接続する。
【０００５】
トランジスタＱ２のコレクタはＰＮＰ型のトランジスタＱ６のコレクタに接続し、トランジスタＱ６のエミッタは電源供給端子３に接続する。トランジスタＱ６のコレクタ、ベース間は短絡し、そのベースはエミッタが電源供給端子３に接続されたＰＮＰ型のトランジスタＱ８のベースに接続する。そして、トランジスタＱ８のエミッタは信号出力端子２に接続し、信号出力端子２とグランドの間に電圧源ＶＲ２を接続した構成と成っている。
【０００６】
なお、図２中に示された交流電圧源（ＶＳ）と直流電圧源（ＶＢ）は、外部から信号入力端子１に供給される電圧信号の交流成分ＶS （換言すると本来の信号成分）及び直流成分ＶB （換言するとバイアス成分）を暗示するものとする。また、電圧源ＶＲ１は電圧信号の直流成分ＶB とぼぼ同じ大きさの電圧を発生させ、電圧源ＶＲ２は電源供給端子３に供給される電圧（ＶCC）の約１／２の電圧を発生させるものとする。そして、以下での動作説明の便宜上、図２の回路中の各ＮＰＮ型トランジスタ、各ＰＮＰ型トランジスタは、それぞれ同一構造、同一特性を持っているものとする。
【０００７】
このような構成を持つ図２の回路では、以下のようにして、信号入力端子１に供給された電圧信号から、その電圧信号に応じた電流信号を信号出力端子２に発生させる。
信号入力端子１を介して外部から電圧信号（ＶS ＋ＶB ）が供給されると、電圧電流変換回路４内の抵抗ＲＤ１には電流Ｉ1 が流れる。一方、電圧電流変換回路４内の抵抗ＲＤ２には電圧源ＶＲ１から供給される直流電圧により電流Ｉ2 が流れる。電圧信号の交流成分ＶS がゼロの時、すなわち、外部から信号入力端子１に供給される電圧信号と電圧源ＶＲ１の出力電圧が同じ時、電流源ＩＲ１に吸い込まれる電流の大きさを２Ｉi とすると、各電流Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉi の関係は（Ｉ1 ＝Ｉ2 ＝Ｉi ）となる。
【０００８】
ここで、電圧信号の交流成分ＶS により電流Ｉ1 が変動し、その大きさが（Ｉi ＋ΔＩiS）になったとする。信号入力端子１、抵抗ＲＤ１、トランジスタＱ３、電流源ＩＲ１、グランド、電圧源ＶＢ、電圧源ＶＳの経路（換言すると閉回路）を還流する電流と、抵抗ＲＤ２、トランジスタＱ４、電流源ＩＲ１、グランド、電圧源ＶＲ１の経路（閉回路）を還流する電流は、その総量が電流源ＩＲ１によって２Ｉiに固定されている。このため、電流Ｉ1 の大きさが（Ｉi ＋ΔＩiS）になると電流Ｉ2 の大きさは（Ｉi −ΔＩiS）となる。
【０００９】
トランジスタＱ１とＱ３はカレントミラー回路の構成となっており、トランジスタＱ２とＱ４も同様である。このため、電流源ＩＶ１に吸い込まれる電流の大きさを２ＩO とすると、トランジスタＱ３に電流Ｉ1 （＝Ｉi ＋ΔＩiS）が流れるとトランジスタＱ１の主電流路には（ＩO ＋ΔＩOS）の大きさの電流が流れ、トランジスタＱ４に電流Ｉ2 （＝Ｉi −ΔＩiS）が流れるとトランジスタＱ２の主電流路には（ＩO −ΔＩOS）の大きさの電流が流れることになる。ちなみに、電流成分ΔＩiSと電流成分ΔＩOSの大きさは比例し、その比例定数は電流Ｉi 電流とＩO の大きさの比に等しい。
【００１０】
図２の回路の構成上、トランジスタＱ８に流れる電流はトランジスタＱ２に流れる電流に等しく、トランジスタＱ１０を流れる電流はトランジスタＱ１に流れる電流に等しい。このため、信号出力端子２にはトランジスタＱ８とＱ１０を流れる電流の差分（すなわちトランジスタＱ１とトランジスタＱ２を流れる電流の差分）（＝−２ΔＩOS）に相当する電流が流れ、それが電流信号として取り出されることになる。なお、この電流の差分（−２ΔＩOS）は、後述する様に電圧信号の交流成分ＶS と抵抗ＲＤ１、ＲＤ２の抵抗値に応じた大きさである。
以上のような動作の結果、信号入力端子１に供給された電圧信号に応じた電流信号が信号出力端子２の位置に得られる。
【００１１】
ギルバートセルを使用した電流出力型増幅回路の他の例は特許文献１、特許文献２にも開示されている。本願図２の回路とは、電圧電流変換回路４に相当する回路部分の構成と電流信号取り出しのための回路部分の構成が異なっているが、基本的な動作および原理は同じである。
【特許文献１】特開平０６−１０４６６６号公報（第２頁および図２）
【特許文献２】特開平１０−１７８３１９号公報（第２頁および図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図２の回路において、グランド、電圧源ＶＢ、電圧源ＶＳ、信号入力端子１、抵抗ＲＤ１、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４、抵抗ＲＤ２、電圧源ＶＲ１、グランドの経路で構成される閉回路では以下の式（１）が成立する。
０＝ＶS ＋ＶB −Ｉ1 Ｒ1 −ＶF3＋ＶF4＋Ｉ2 Ｒ2 −ＶVR1       ・・・（１）
ここで、Ｒ1 は抵抗ＲＤ１の抵抗値、Ｒ2 は抵抗ＲＤ２の抵抗値、ＶVR1 は電圧源ＶＲ１の出力電圧値、ＶF3はトランジスタＱ３における降下電圧、ＶF4はトランジスタＱ４における降下電圧である。
【００１３】
抵抗ＲＤ１とＲＤ２の各抵抗値を同一（Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ）、電圧源ＶＢとＶＲ１の各出力電圧値を同一（ＶB ＝ＶVR1 ）、トランジスタＱ３とＱ４の降下電圧を同一（ＶF3＝ＶF4）とし、更にＩ1 ＝（Ｉi ＋ΔＩiS）とＩ2 ＝（Ｉi −ΔＩiS）の関係をそれぞれ代入して展開すると上の式（１）から次の式（２）が得られる。（途中の式の展開過程は省略する）
ΔＩiS＝ＶS ／２Ｒ      ・・・（２）
【００１４】
ギルバートセル５の内部では、トランジスタＱ１を流れる電流はトランジスタＱ３を流れる電流に比例し、トランジスタＱ２を流れる電流はトランジスタＱ４を流れる電流に比例する。ちなみにその比例定数は、ギルバートセル５に接続される２つの電流源、すなわち電流源ＩＲ１とＩＲ２にそれぞれ流入する電流の比率によって決定される。そしてトランジスタＱ１とＱ２のそれぞれを流れる電流がカレントミラー回路を介してトランジスタＱ８、Ｑ１０に導かる。このため、信号出力端子２の位置に得られる電流信号の大きさ（−２ΔＩOS）は（ＶS ／２Ｒ）に比例した大きさとなる。
【００１５】
ところで、ＩＣチップ上に電子回路を形成する場合、電子回路を構成する抵抗素子は、半導体基板の拡散層内に拡散抵抗の形態にて形成される。この拡散抵抗は当然のように温度変化に対して抵抗値が変化する特性（以下、温度特性という）を持つ。このため、図２の回路全体をＩＣチップ上に形成した場合、電流信号が（ＶS ／２Ｒ）に比例する事実から分かるように、信号出力端子２から出力される電流信号は抵抗ＲＤ３、ＲＤ４の抵抗値の温度特性に応じた温度特性を持つことになる。
そこで本発明は、その回路構成を改良し、温度特性を持たない電流出力信号が得られる電流出力型増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明は、それぞれのエミッタが共通接続されて差動対を形成する第１と第２のトランジスタと、第１と第２のトランジスタの各エミッタの共通接続点に接続された第１の電流源と、第１のトランジスタのベースと信号入力端子との間に接続された電圧電流変換回路と、第１のトランジスタとカレントミラー回路を構成する第３のトランジスタと、第２のトランジスタとカレントミラー回路を構成する第４のトランジスタと、該第３と第４のトランジスタの各エミッタの共通接続点に接続された第２の電流源と、を具備し、信号入力端子を介して供給された電圧信号に相当する電流信号を出力する電流出力型増幅回路において、  電圧電流変換回路と第１の定電流源の各出力の温度特性を変化量が同じで符号が逆の関係にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
電圧電流変換回路、具体的にはそれを構成する抵抗素子、に生じる温度特性とギルバートセルに接続された電流源の温度特性を、変化量が同じで符号が逆の関係とし、電流出力信号に含まれる電圧電流変換回路の温度特性を電流源の温度特性で打ち消す。これにより、温度変化に伴う出力変化の無い電流出力型増幅回路が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１〜第４のトランジスタでギルバートセルを構成し、ギルバートセル内で差動対を形成する第１と第２のトランジスタの各ベースに、それぞれ電圧電流変換回路を構成する第１と第２の抵抗を接続する。そして、この電流電圧変換回路の出力信号に生じる温度特性と変化量が同じで符号が逆の温度特性を持った電流出力が得られる第１の電流源を、第１と第２のトランジスタのエミッタの共通接続点に接続する。ここで、電流電圧変換回路に生じる温度特性と同じ温度特性を持つ第１の電流源は次のように構成する。
【００１９】
第１と第２のトランジスタのエミッタの共通接続点に電流制御用の第５のトランジスタと電流検出用の第３の抵抗を直列に接続し、第５のトランジスタのベースを誤差増幅器の出力端子に接続する。前記第１と同一の形態で同一の特性を持つ第４の抵抗を設け、温度特性を持たない第３の電流源からこの第４の抵抗に温度変化に対して安定した電流を供給するように相互間を接続する。そして、誤差増幅器の一方の入力端子は第５のトランジスタと第３の抵抗の共通接続点に接続し、誤差増幅器の他方の入力端子は第３の電流源と第４の抵抗の接続点に接続する。
【実施例】
【００２０】
温度特性を持たない電流出力信号が得られる本発明による電流出力型増幅回路の回路図を図１に示した。図１に示す回路の大部分は図２の回路と同じであるが、以下の部分が異なっている。
図２の従来の回路は、トランジスタＱ９とＱ１０でカレントミラー回路を構成するためにトランジスタＱ９のコレクタ、ベース間を短絡している。これに対して図１の回路は、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１１を設け、そのベースをトランジスタＱ９のコレクタに接続し、そのコレクタを電源供給端子３に接続し、そのエミッタをトランジスタＱ９とＱ１０のベース同士の共通接続点に接続している。
【００２１】
また、図２の回路ではトランジスタＱ７とＱ９の各コレクタ間は直接接続していたが、図１の回路ではトランジスタＱ７とＱ９の各コレクタ間に、そのベースが電圧源ＶＲ１の高電位側電極に接続されたＰＮＰ型のトランジスタＱ１２の主電流路を接続している。
なお、トランジスタＱ１１は、トランジスタＱ９、Ｑ１０と共に電流増幅率を利用した３トランジスタ型のカレントミラー回路を構成するものであって、トランジスタＱ１２はトランジスタＱ７とＱ９を通過する電流、換言するとトランジスタＱ１を通過する電流、に応じてトランジスタＱ４を流れる電流に負帰還補正を掛け、回路動作を安定化させるものである。
【００２２】
そして、図２の回路ではトランジスタＱ１とＱ２のエミッタ同士の共通接続点に一般的な電流源ＩＲ２を接続していたが、図１の回路では電圧電流変換回路４を構成する抵抗ＲＤ１、ＲＤ２の温度特性と変化量が同じで符号が逆の温度特性を持つ出力電流が得られる電流源ＩＶ１を接続している。具体的に電流源ＩＶ１は次のような構成となっている。
【００２３】
ＮＰＮ型で電流制御用のトランジスタＱ１３のコレクタをトランジスタＱ１とＱ２のエミッタ同士の共通接続点に接続し、トランジスタＱ１３のエミッタを抵抗ＲＶ１を介してグランドに接続する。トランジスタＱ１３のベースは誤差増幅器ＡＭＰの出力端子に接続し、誤差増幅器ＡＭＰの反転入力端子（−）はトランジスタＱ１３のエミッタと抵抗ＲＶ１の共通接続点に接続する。誤差増幅器ＡＭＰの非反転入力端子（＋）とグランドの間には抵抗ＲＤ３を接続し、誤差増幅器ＡＭＰの非反転入力端子（＋）と電源供給端子３の間には電流源ＩＲ３を接続した構成となっている。
【００２４】
ここで、電流源ＩＶ１内の抵抗ＲＶ１は、通常、電流出力型増幅回路のコンダクタンスをＩＣ使用時にＩＣ外部で設定できようにするため、外付けの素子（ディスクリート電子部品）を適用する。この抵抗ＲＶ１として使用する素子は、温度特性を持たない、あるいは温度特性を持っていても無視できるくらいの小さな温度特性を持つものとする。一方、抵抗ＲＤ３については、電圧電流変換回路４を構成する抵抗ＲＤ１、ＲＤ２と同じ形態で同じ特性を持つ素子とする。つまり抵抗ＲＤ３は、ＩＣ化された電流出力型増幅回路では抵抗ＲＤ１、ＲＤ２と同じ拡散抵抗を適用する。そして電流源ＩＶ１を構成する電流源ＩＲ３については、例えばバンドギャップリファレンス回路を利用して出力電流が温度特性を持たないようにした定電流源回路を適用することとする。
【００２５】
このような構成とした図１の回路では、以下のようにして電圧電流変換回路４の温度特性に由来する電流出力信号の温度特性が打ち消される。
先にも述べたように、電流出力信号の大きさ（−２ΔＩOS）は（ＶS ／２Ｒ）に比例し、トランジスタＱ１（あるいはＱ２）を流れる電流の大きさはトランジスタＱ３（あるいはＱ４）を流れる電流に電流源ＩＲ１とＩＶ１（ＩＶ１＝図２のＩＲ２に相当）にそれぞれ流入する電流の比率を乗算した大きさとなる。このため、電流源ＩＲ１に流入する電流を２Ｉi 、電流源ＩＶ１に流入する電流を２ＩO とすると、電流出力信号の大きさは次の式（３）のように表せられる。
（−２ΔＩOS）∝（ＶS ／２Ｒ）・（２ＩO ／２Ｉi ）      ・・・（３）
【００２６】
ここで、電流源ＩＶ１の内部では、抵抗ＲＶ１の端子間電圧と抵抗ＲＤ３の端子間電圧が等しくなるように制御される。すなわち、抵抗ＲＶ１の抵抗値をＲV1、抵抗ＲＤ３の抵抗値をＲD3、電流源ＩＲ３の出力電流をＩR3とすると、（ＲV1・２ＩO ＝ＲD3・ＩR3）の関係となる。この関係を上式（３）の右辺に代入すると次の式（４）のようになる。
（−２ΔＩOS）∝（ＶS ／２Ｒ）・｛（ＲD3・ＩR3）／（２Ｉi ・ＲV1）｝  ・・・（４）
【００２７】
ここで、抵抗ＲＤ３は抵抗ＲＤ１、ＲＤ２と同じ形態で同じ特性を持つから、その抵抗値は（ＲD3＝Ｒ）である。このため、右辺第１項の分母にあるＲと右辺第２項の分子にあるＲD3が約分され、式（４）は次の式（５）のようになる。
（−２ΔＩOS）∝（ＶS ／２ＲV1）・（ＩR3／２Ｉi ）      ・・・（５）
抵抗ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３の抵抗値を意味する記号Ｒが式（５）内に存在しないため、電流源ＩＶ１の作用によって、電圧電流変換回路４に由来する電流出力信号の温度特性が打ち消されることが分かる。
【００２８】
式（５）内に存在する記号ＲV1は抵抗ＲＶ１の抵抗値であり、抵抗ＲＶ１は先にも述べたように、温度特性が無いか、あっても無視できる位小さな外付け素子が適用される。これにより、温度特性を持たない電流出力信号が得られる電流出力型増幅回路が得られることになる。
なお、図１の回路の全体的な動作は図２の回路とほぼ同じであり、図２の回路の動作は前に説明しているので、ここでの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による電流出力型増幅回路の回路図。
【図２】従来の電流出力型増幅回路の一例の回路図。
【符号の説明】
【００３０】
１：信号入力端子
２：信号出力端子
３：電源供給端子
４：電圧電流変換回路
５：ギルバートセル
ＡＭＰ：誤差増幅器
ＩＲ１：電流源（第１の電流源）
ＩＶ１：電流源（第２の電流源）
ＩＲ３：電流源（第３の電流源）
Ｑ１：トランジスタ（第１のトランジスタ）
Ｑ２：トランジスタ（第２のトランジスタ）
Ｑ３：トランジスタ（第３のトランジスタ）
Ｑ４：トランジスタ（第４のトランジスタ）
Ｑ１３：電流制御用のトランジスタ（第５のトランジスタ）
ＲＤ１：抵抗（第１の抵抗素子）
ＲＤ２：抵抗（第２の抵抗素子）
ＲＤ３：抵抗（第４の抵抗素子）
ＲＶ１：抵抗（第３の抵抗素子）
【図１】
2005204108.tif 000003
【図２】
2005204108.tif 000004