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JP2004274463A - Differential electronic circuit - Google Patents

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JP2004274463A
JP2004274463A JP2003063564A JP2003063564A JP2004274463A JP 2004274463 A JP2004274463 A JP 2004274463A JP 2003063564 A JP2003063564 A JP 2003063564A JP 2003063564 A JP2003063564 A JP 2003063564A JP 2004274463 A JP2004274463 A JP 2004274463A
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JP
Japan
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load
pair
circuit
electronic circuit
inductors
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003063564A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Nishimura
和好 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a differential electronic circuit for ensuring a peaking amount for a high frequency region without increasing the inductance of a load inductor. <P>SOLUTION: The drains of active transistors 2a, 2b are respectively connected to load resistors 1a, 1b in pairs, the load resistors 1a, 1b are respectively connected to load inductors 11a, 11b in pairs, and a coupling capacitor 20 is connected between a connecting point 21a of the load resistor 1a and the load inductor 11a and a connecting point 21b of the load resistor 1b and the load inductor 11b. Thus, the peaking amount at the high frequency region of the differential electronic circuit is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば半導体集積回路を用いた、あるいは半導体基板上に形成された電子回路に関連し、差動電子回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
【非特許文献1】「B.Razavi:“Design of Analog CMOS Integrated Circuits”,McGraw−Hill,104ぺージ」
【非特許文献2】「J.Savoj,B.Razavi:“High−Speed CMOS Circuits for Optical Receivers”,KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS,18ぺージ」。
【0003】
上記非特許文献1、2に示される従来技術では高速のアナログまたはディジタル信号を処理できる回路として図7に示す差動増幅回路がある。図7の差動増幅回路では、一対の能動トランジスタ2a、2bのドレインに各々負荷抵抗1a、1bが接続され、負荷抵抗1a、1bの他端は正電源端子7に接続されている。能動トランジスタ2a、2bの互いのソースは電流制御トランジスタ3のドレインに接続され、電流制御トランジスタ3のソースは負電源端子8に接続されている。また、電流制御トランジスタ3のゲートは電流制御端子6を通して定電圧に固定されている。能動トランジスタ2a、2bの各々のゲートに接続された入力端子4a、4bには逆位相の入力信号が印加され、ドレインに流れる電流が入力信号に応じて制御される。電流の変化は負荷抵抗1a、1bにより電圧の変化として出力端子5a、5bに取り出される。高速動作が要求される回路において、図7のような差動増幅回路では必要な動作速度を得ることができない場合、図8のように一対の負荷インダクタ11a、11bを負荷抵抗1a、1bに直列に挿入し、高周波におけるピーキングを利用して利得帯域を拡大する方法が用いられる。図8のような回路では、高い周波数で負荷インダクタ11a、11bのインピーダンスが大きくなることを利用して、負荷インピーダンスを上げ、利得の減少を防いでいる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例では要求される動作周波数が高くなると、回路の寄生容量による信号減衰が大きくなるため、それを補うために大きなピーキング量が必要になる。このため、図8の一対の負荷インダクタ11a、11bのインダクタンスは大きなものが必要になり、負荷インダクタ11a、11bが半導体集積回路に占める面積が増大する。もし負荷インダクタ11a、11bのインダクタンスの増大を防ごうとするなら、電源電圧の増加もしくは高速動作の半導体デバイスが必要となり、消費エネルギーの増加と製造コストの増大につながる。
【0005】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、負荷インダクタのインダクタンスを増加させることなく高周波でのピーキング量を確保できる差動電子回路を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る差動電子回路は一対のトランジスタと一対の負荷抵抗および一対の負荷インダクタを具備し、前記一対の負荷抵抗の各々の一端を前記一対のトランジスタの各々と接続し、前記一対の負荷抵抗の各々の他端を前記一対の負荷インダクタの各々と接続した差動電子回路において、前記一対の負荷インダクタ間を容量を介して接続した。
【0007】
請求項2に係る差動電子回路は前記一対の負荷インダクタ間の容量を可変容量とした。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0009】
図1〜図4を用いて本発明の第1の実施の形態を説明する。まず、本発明の第1の実施の形態の接続について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態を示す図である。図1において、能動トランジスタ2a、2bは差動対を形成し、互いのソースが電流制御トランジスタ3のドレインにつながっている。電流制御トランジスタ3のゲートには電流制御端子6が接続され、ソースには負電源端子8が接続されている。能動トランジスタ2a、2bのドレインは各々一対の負荷抵抗1a、1bに接続されており、負荷抵抗1a、1bは各々一対の負荷インダクタ11a、11bに接続されている。負荷インダクタ11a、11bの他端は正電源端子7に接続されている。負荷抵抗1aと負荷インダクタ11aの接続点21aと、負荷抵抗1bと負荷インダクタ11bの接続点21bの間に結合容量20が接続されている。すなわち、負荷インダクタ11a、11b間を結合容量20を介して接続している。能動トランジスタ2a、2bの各々のゲートには入力端子4a、4bが接続され、出力端子5a、5bが能動トランジスタ2a、2bのドレインと負荷抵抗1a、1bの接続点に接続されている。
【0010】
図1の差動電子回路は回路を対称に構成しているので、回路の対称性から、対となる接続点21aと21bから正電源端子7までの各々のインピーダンスの周波数特性は同じ特性を持つ。
【0011】
結合容量20として、たとえば、半導体基板上の集積回路の場合には、金属配線間容量またはMIM(Metal−insulator−Metal)、PIP(Poly−insulator−Poly)などの容量素子として、特化された層を用いることができる。
【0012】
図2は、本第1の実施の形態を示した図1と従来例を示した図8に示す回路の出力ゲインの周波数特性である。図2においてカーブ30は図1の回路の特性であり、カーブ31は図8の回路の特性を示している。カーブ30はカーブ31に比べ、高周波まで一定のゲインを確保しており高周波特性が改善している。
【0013】
高周波特性が改善する原理について説明する。図1の回路において、接続点21aから正電源端子7までのインピーダンスは負荷インダクタ11aとそれに並列な、結合容量20と負荷インダクタ11bの直列接続との合成インピーダンスとなる。一方、図8の回路では、接続点21aから正電源端子7までのインピーダンスは負荷インダクタ11aのみである。図3(a)は図1の負荷インダクタ11aとそれに並列な、結合容量20と負荷インダクタ11bとの直列接続回路部分を抜き出したものである。また図3(b)は図8の接続点21aから正電源端子7までの回路を抜き出したものである。図4は、図3(a)と(b)の回路における接続点21aと正電源端子7間のインピーダンスを信号周波数に対してプロットしたものである。カーブ40は図3(a)の回路のインピーダンス、カーブ41は図3(b)の回路のインピーダンスを表している。図3(a)の回路では結合容量20と負荷インダクタ11a、11bの並列共振回路が形成されているため、カーブ40はカーブ41に比べ高周波領域でのインピーダンス増加の割合が大きくなっている。すなわち図1に示すように結合容量20を接続することにより、図8の回路に比べ高周波領域での負荷インピーダンスが増加し、その結果高周波領域での利得が増大するので周波数特性が改善する。
【0014】
図5は本発明の第2の実施の形態であって、接続点21a、21b間を可変結合容量50で結合したものである。すなわち、負荷インダクタ11a、11b間を可変結合容量50を介して接続している。可変結合容量50を外部電圧で制御することによりピーキング量を制御することができる。また、半導体集積回路内部のフィードバック回路からの出力で制御することにより、素子ばらつきや電源電圧ばらつきによる周波数特性の変化を補正することができる。
【0015】
図6は本発明の第3の実施の形態であって、一対の負荷インダクタ11a、11bを近接して配置することにより、特別な容量素子を用いることなく、負荷インダクタ11a、11b間の寄生容量60を結合容量として用いること、すなわち負荷インダクタ11a、11b間を寄生容量60を介して接続することで、第1の実施の形態と同様な効果が得られる。
【0016】
【発明の効果】
本発明の請求項1によれば、一対の負荷インダクタ間を容量を介して接続したことにより、同じ量のピーキング効果を得るのに必要なインダクタンスが少ないインダクタを使用でき、差動電子回路の面積を小型化できる。
【0017】
本発明の請求項2によれば、結合容量を可変結合容量としたことにより、可変結合容量を外部電圧で制御することにより、ピーキング量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態と従来例の差動電子回路の出力ゲインの周波数特性を示す図。
【図3】負荷インピーダンスを示す図。
【図4】図3の負荷インピーダンスの周波数特性を示す図。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す図。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示す図。
【図7】従来の差動増幅回路。
【図8】ピーキングを利用した従来の差動増幅回路。
【符号の説明】
1a、1b…負荷抵抗
11a、11b…負荷インダクタ
2a、2b…能動トランジスタ
20…結合容量
50…可変結合容量
60…インダクタ間の寄生容量
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic circuit using, for example, a semiconductor integrated circuit or formed on a semiconductor substrate, and relates to a differential electronic circuit.
[0002]
[Prior art]
[Non-Patent Document 1] "B. Razavi:" Design of Analog CMOS Integrated Circuits ", McGraw-Hill, page 104"
[Non-Patent Document 2] "J. Savoji, B. Razavi:" High-Speed CMOS Circuits for Optical Receivers ", KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, page 18".
[0003]
In the prior arts shown in Non-Patent Documents 1 and 2, there is a differential amplifier circuit shown in FIG. 7 as a circuit capable of processing a high-speed analog or digital signal. In the differential amplifier circuit of FIG. 7, load resistances 1a and 1b are connected to the drains of a pair of active transistors 2a and 2b, respectively, and the other ends of the load resistances 1a and 1b are connected to a positive power supply terminal 7. The sources of the active transistors 2 a and 2 b are connected to the drain of the current control transistor 3, and the source of the current control transistor 3 is connected to the negative power supply terminal 8. The gate of the current control transistor 3 is fixed to a constant voltage through the current control terminal 6. Opposite-phase input signals are applied to the input terminals 4a and 4b connected to the gates of the active transistors 2a and 2b, and the current flowing through the drains is controlled according to the input signals. The change in current is taken out to the output terminals 5a and 5b as a change in voltage by the load resistors 1a and 1b. In a circuit requiring high-speed operation, if the required operation speed cannot be obtained with the differential amplifier circuit as shown in FIG. 7, a pair of load inductors 11a and 11b are connected in series with the load resistors 1a and 1b as shown in FIG. And a method of expanding the gain band using peaking at a high frequency is used. In the circuit as shown in FIG. 8, the load impedance is increased by using the fact that the impedance of the load inductors 11a and 11b increases at a high frequency to prevent a decrease in gain.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this conventional example, when the required operating frequency increases, the signal attenuation due to the parasitic capacitance of the circuit increases, so that a large peaking amount is required to compensate for this. Therefore, the inductance of the pair of load inductors 11a and 11b in FIG. 8 needs to be large, and the area occupied by the load inductors 11a and 11b in the semiconductor integrated circuit increases. If an attempt is made to prevent an increase in the inductance of the load inductors 11a and 11b, an increase in the power supply voltage or a high-speed semiconductor device is required, leading to an increase in energy consumption and an increase in manufacturing cost.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a differential electronic circuit capable of securing a peaking amount at a high frequency without increasing the inductance of a load inductor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The differential electronic circuit according to claim 1, comprising a pair of transistors, a pair of load resistors, and a pair of load inductors, one end of each of the pair of load resistors is connected to each of the pair of transistors, and In the differential electronic circuit in which the other end of each load resistor is connected to each of the pair of load inductors, the pair of load inductors is connected via a capacitor.
[0007]
In the differential electronic circuit according to the second aspect, the capacitance between the pair of load inductors is a variable capacitance.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
[0009]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the connection according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the active transistors 2a and 2b form a differential pair, and their sources are connected to the drain of the current control transistor 3. A current control terminal 6 is connected to the gate of the current control transistor 3, and a negative power supply terminal 8 is connected to the source. The drains of the active transistors 2a and 2b are connected to a pair of load resistors 1a and 1b, respectively, and the load resistors 1a and 1b are connected to a pair of load inductors 11a and 11b, respectively. The other ends of the load inductors 11 a and 11 b are connected to the positive power supply terminal 7. A coupling capacitance 20 is connected between a connection point 21a between the load resistance 1a and the load inductor 11a and a connection point 21b between the load resistance 1b and the load inductor 11b. That is, the load inductors 11 a and 11 b are connected via the coupling capacitance 20. Input terminals 4a and 4b are connected to the gates of the active transistors 2a and 2b, respectively, and output terminals 5a and 5b are connected to a connection point between the drains of the active transistors 2a and 2b and the load resistors 1a and 1b.
[0010]
Since the differential electronic circuit of FIG. 1 is configured symmetrically, the frequency characteristics of the impedances from the paired connection points 21a and 21b to the positive power supply terminal 7 have the same characteristics due to the symmetry of the circuit. .
[0011]
For example, in the case of an integrated circuit on a semiconductor substrate, the coupling capacitance 20 is specialized as a capacitance between metal wirings or a capacitance element such as a metal-insulator-metal (MIM) or a poly-insulator-poly (PIP). Layers can be used.
[0012]
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the output gain of the circuit shown in FIG. 1 showing the first embodiment and FIG. 8 showing the conventional example. In FIG. 2, a curve 30 shows the characteristic of the circuit of FIG. 1, and a curve 31 shows the characteristic of the circuit of FIG. The curve 30 secures a constant gain up to high frequencies as compared to the curve 31, and the high-frequency characteristics are improved.
[0013]
The principle of improving the high frequency characteristics will be described. In the circuit of FIG. 1, the impedance from the connection point 21a to the positive power supply terminal 7 is a combined impedance of the load inductor 11a and the series connection of the coupling capacitor 20 and the load inductor 11b in parallel with the load inductor 11a. On the other hand, in the circuit of FIG. 8, the impedance from the connection point 21a to the positive power supply terminal 7 is only the load inductor 11a. FIG. 3A shows a portion of a series connection circuit portion of the load inductor 11a of FIG. 1 and the coupling capacitor 20 and the load inductor 11b in parallel with the load inductor 11a. FIG. 3B shows a circuit extracted from the connection point 21a to the positive power supply terminal 7 in FIG. FIG. 4 is a graph in which the impedance between the connection point 21a and the positive power supply terminal 7 in the circuits of FIGS. 3A and 3B is plotted with respect to the signal frequency. A curve 40 represents the impedance of the circuit of FIG. 3A, and a curve 41 represents the impedance of the circuit of FIG. In the circuit of FIG. 3A, a parallel resonance circuit including the coupling capacitor 20 and the load inductors 11a and 11b is formed, and therefore, the curve 40 has a larger rate of impedance increase in the high frequency region than the curve 41. That is, by connecting the coupling capacitor 20 as shown in FIG. 1, the load impedance in the high frequency region increases as compared with the circuit of FIG. 8, and as a result, the gain in the high frequency region increases, so that the frequency characteristics are improved.
[0014]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, in which connection points 21a and 21b are coupled by a variable coupling capacitance 50. That is, the load inductors 11a and 11b are connected via the variable coupling capacitance 50. The peaking amount can be controlled by controlling the variable coupling capacitance 50 with an external voltage. In addition, by controlling the output from a feedback circuit inside the semiconductor integrated circuit, it is possible to correct a change in the frequency characteristic due to a device variation or a power supply voltage variation.
[0015]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. By arranging a pair of load inductors 11a and 11b close to each other, the parasitic capacitance between the load inductors 11a and 11b can be reduced without using a special capacitance element. By using the coupling capacitor 60 as a coupling capacitor, that is, connecting the load inductors 11a and 11b via the parasitic capacitor 60, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0016]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since a pair of load inductors are connected via a capacitor, an inductor having a small inductance required to obtain the same amount of peaking effect can be used, and the area of the differential electronic circuit can be reduced. Can be reduced in size.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, since the coupling capacitance is a variable coupling capacitance, the peaking amount can be controlled by controlling the variable coupling capacitance with an external voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of an output gain of the differential electronic circuit according to the first embodiment of the present invention and a conventional example.
FIG. 3 is a diagram showing load impedance.
FIG. 4 is a diagram showing frequency characteristics of the load impedance of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a conventional differential amplifier circuit.
FIG. 8 shows a conventional differential amplifier circuit using peaking.
[Explanation of symbols]
1a, 1b load resistances 11a, 11b load inductors 2a, 2b active transistor 20 coupling capacitance 50 variable coupling capacitance 60 parasitic capacitance between inductors

Claims (2)

一対のトランジスタと一対の負荷抵抗および一対の負荷インダクタを具備し、前記一対の負荷抵抗の各々の一端を前記一対のトランジスタの各々と接続し、前記一対の負荷抵抗の各々の他端を前記一対の負荷インダクタの各々と接続した差動電子回路において、前記一対の負荷インダクタ間を容量を介して接続したことを特徴とする差動電子回路。A pair of transistors, a pair of load resistors and a pair of load inductors, one end of each of the pair of load resistors is connected to each of the pair of transistors, and the other end of each of the pair of load resistors is connected to the pair of load resistors. A differential electronic circuit connected to each of the load inductors, wherein the pair of load inductors are connected via a capacitor. 前記一対の負荷インダクタ間の容量を可変容量としたことを特徴とする請求項1記載の差動電子回路。2. The differential electronic circuit according to claim 1, wherein the capacitance between the pair of load inductors is a variable capacitance.
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