以下、図面を参照にしながら本発明の実� ��形態について詳細に説明する。

 (実施形態1)
 図3に、本発明の実施形態1に係るトランス� �ンダクタンスアンプの回路図を示す。図3に� ��すように、本実施形態のトランスコンダク� ��ンスアンプは、ソース接地されたMOSトラン� ��スタ111、112とで形成される差動対と、MOSト� ��ンジスタ113、114と、増幅器106、107と、電圧� ��生回路100と、差動対入力電圧発生回路120と� ��ら構成されている。

 電圧発生回路100は差動対に入力される全� ��動信号のコモン電圧Vcmと、トランスコンダ� ��タンスを制御するチューニング電圧Vctrlを� �成し、チューニング電圧Vctrlを増幅器106、107 の正入力端子に出力可能なように、および電 圧Vcmを差動対入力電圧発生回路120に出力可能 なようにそれぞれ接続されている。MOSトラン ジスタ111、112の各ドレイン端子はMOSトランジ スタ113、114のソース端子とそれぞれ接続され 、MOSトランジスタ111、112の各ゲート端子は差 動対入力電圧発生回路120の電圧Vipを出力する 端子、Vinを出力する端子とそれぞれ接続され ている。差動対入力電圧発生回路120は、入力 端子INPUTから入力される入力電圧Vinputとコモ� ��電圧Vcmが入力され、電圧Vip及び電圧Vinを生� ��する。増幅器106、107の負入力端子にはMOSト� ��ンジスタ111、112のドレイン端子およびMOSト� ��ンジスタ113、114のソース端子がそれぞれ接� ��されている。また、増幅器106、107の各出力� ��子は、MOSトランジスタ113、114のゲート端子� ��それぞれ接続されている。また、MOSトラン� ��スタ111、112は三極管領域で、MOSトランジス� ��113、114は飽和領域で、それぞれ動作するよ� ��に調整されている。

 図10に、差動対入力電圧発生回路120の一� �施例を示す。電圧Vipと電圧Vinとの差(トラン� ��コンダクタンスアンプの入力)と実質的に等 価である入力電圧Vinputと、コモン電圧Vcmとが 入力され、差動対に入力される電圧Vip、Vinが 出力される。

 入力電圧Vinputは、シングル差動変換回路1 30を経て差動信号Vinputp、Vinputnとなり、抵抗Rh p1、Rhp2と容量Chp1、Chp2とから構成されるHPF(ハ イパスフィルタ)により、それぞれの信号の� �準電位をコモン電圧Vcmに直したあと、MOSト� �ンジスタ111および112のゲート端子に出力さ� �る。シングル差動変換回路130を用いず直接� �差動信号であるVinputp、Vinputnを元に差動対へ 入力される電圧を発生させてももちろん良い 。

 また図11に、差動対入力電圧発生回路120� �別の実施例を示す。電圧Vipと電圧Vinとの差(� ��ランスコンダクタンスアンプの入力)と実質 的に等価である入力電圧Vinputと、コモン電圧 Vcmとが入力され、差動対に入力される電圧Vip 、Vinが出力される。

 入力電圧Vinputは、シングル差動変換回路1 30を経て差動信号Vinputp、Vinputnとなり、レベ� �シフト回路131および132によりそれぞれの信� �の基準電位をコモン電圧Vcmに直したあと、MO Sトランジスタ111および112のゲート端子に出� �される。シングル差動変換回路130を用いず� �接、差動信号であるVinputp、Vinputnを元に差動 対へ入力される電圧を発生させてももちろん 良い。

 ここで差動対入力電圧発生回路は、上記� ��つの実施例のみに限定されるわけではない� ��とを付け加えておく。

 このような構成において、MOSトランジス� ��111、112の各ゲート端子に発生する電圧Vip、V inの差Vip-Vinを入力電圧とし、MOSトランジスタ 113、114の各ドレイン端子OP、ONに流れる電流Ip 、Inの差Ip-Inを出力電流とすると、図3に示さ� ��ている回路はトランスコンダクタンスアン� ��として機能する。

 ここで、図4に、MOSトランジスタ111のゲー ト電圧Vipに対する電流Ipの値と、電流Ipをゲ� �ト電圧Vipで微分した値、すなわちMOSトラン� �スタ111のトランスコンダクタンスGmpをあわ� �て示す。以下、MOSトランジスタ111に注目し� �MOSトランジスタ111のゲート電圧Vipに応じて� �流Ipがどのように変化するかを、図4を参照� �しながら説明する。

 増幅器106、107およびMOSトランジスタ113、1 14により、差動対を形成するMOSトランジスタ1 11、112のドレイン電圧は入力の変化に対して� ��常に一定(=Vctrl)となる。

 ゲート電圧Vipが0VからMOSトランジスタ111� �スレショルド電圧Vth1までの領域では、電流I pは0である(遮断領域)。

 ゲート電圧VipがVth1<Vip<Vctrl+Vth1となる 領域では、MOSトランジスタ111は飽和領域で動 作し、そのときの電流Ipは次式で表される。

 ここで、k ₁ はトランジスタサイズと製造プロセスに依存 する係数である。さらに、VipがVip>Vctrl+Vth1� ��なる領域では、MOSトランジスタ111は三極管� ��域で動作し、そのときの電流Ipは次式であ� �わされる。

 ここで、飽和領域と三極管領域の境界で� ��るゲート電圧Vipの電圧をVtr1とすると、

となる。

 以下、MOSトランジスタ111、112で構成され� ��差動対について図5を参照にしながら説明す る。

 MOSトランジスタ112のゲート電圧をVinとす� ��。さらにゲート電圧Vipとゲート電圧Vinの入� ��差動コモン電圧をVcmとすると、ゲート電圧V inは

 で与えられる。よってゲート電圧Vipを変化� ��せたとき、MOSトランジスタ112のトランスコ� ��ダクタンスGmnの絶対値の変化は、図5のよう にちょうどGmpの曲線をコモン電圧Vcmで折り返 したようになる。

 差動対の全体のトランスコンダクタンスG mは、GmpとGmnの和で与えられる。図5に示すよ� ��に、トータルのトランスコンダクタンスGm� �、Vcmを中心に、±(Vcm-Vtr1)の範囲内で良好な� �形性を得ることができる。ここでMOSトラン� �スタ111、112を両方とも三極管領域で動作さ� �るために、VcmをVtr1<Vcmとなるよう設定する ことに留意されたい。

 ここで、本発明では、トランスコンダク� ��ンスのチューニングの際に、チューニング� ��圧Vctrlだけでなく入力差動コモン電圧Vcmも� �御することによって、良好な線形性を有す� �領域を制御することを特徴としている。具� �的には、コモン電圧は、電圧発生回路100に� �いて、チューニング電圧との差が定数とな� �ように調整される。数式(3)からVcm-Vtr1を計算 すると次式のように表現することができる。

 数式(5)から、コモン電圧Vcmとチューニン� ��電圧Vctrlとの差が定数になるようにすると� �Vcm-Vtr1に対するチューニング電圧Vctrlの影響� ��低減することができることが見出される。

 すなわち、たとえトランスコンダクタン� ��のチューニング目的でチューニング電圧Vctr lを変化させたとしても、チューニング電圧Vc trlの変化に合せて入力差動コモン電圧Vcmを調 整することによって、トランスコンダクタン スアンプが良好な線形性を得ることができる 範囲を一定に保つことができる(図6参照)。

 特に、

 を満たすように電圧発生回路100が調整され� ��と、数式(6)を数式(5)に代入して

 が得られる。つまり図6に示されているよう に、±βの領域で良好な線形性を有すること� �できる。ここでβは任意の定数である。

 これより本発明は、動作入力範囲におけ� ��良好な線形性を有する範囲のチューニング� ��圧Vctrlの大きさによる変化を抑え、広いト� �ンスコンダクタンスチューニングレンジを� �つ、トランスコンダクタンスアンプを提供� �ることができる。

 (実施形態2)
 図7に、本発明の実施形態2に係るトランス� �ンダクタンスアンプの回路図を示す。本実� �形態のトランスコンダクタンスアンプは、� �ース接地されたMOSトランジスタ111、112とで� �成される差動対と、MOSトランジスタ113、114� �、増幅器106、107と、電圧発生回路100と、差� �対入力電圧発生回路120とから構成されてい� �。

 電圧発生回路100は差動対に入力される全� ��動信号のコモン電圧Vcmと、トランスコンダ� ��タンスを制御するチューニング電圧Vctrlを� �成し、チューニング電圧Vctrlを増幅器106、107 の正入力端子に出力可能なように、および電 圧Vcmを差動対入力電圧発生回路120に出力可能 なようにそれぞれ接続されている。MOSトラン ジスタ111、112の各ドレイン端子はMOSトランジ スタ113、114のソース端子とそれぞれ接続され 、MOSトランジスタ111、112の各ゲート端子は差 動対入力電圧発生回路120の電圧Vipを出力する 端子、Vinを出力する端子とそれぞれ接続され ている。差動対入力電圧発生回路120は、入力 端子INPUTから入力される入力電圧Vinputとコモ� ��電圧Vcmが入力され、電圧Vip及び電圧Vinを生� ��する。増幅器106、107の負入力端子にはMOSト� ��ンジスタ111、112のドレイン端子およびMOSト� ��ンジスタ113、114のソース端子がそれぞれ接� ��されている。また、増幅器106、107の各出力� ��子は、MOSトランジスタ113、114のゲート端子� ��それぞれ接続されている。また、MOSトラン� ��スタ111、112は三極管領域で、MOSトランジス� ��113、114は飽和領域で、それぞれ動作するよ� ��に調整されている。

 図7に示すように、本実施形態のトランス コンダクタンスアンプは、実施形態1におけ� �電圧発生回路100の構成を次に示すような構� �のもので置き換えたものである。すなわち� �電圧発生回路100は、電圧発生器102と固定電� �源109と抵抗Rdとから構成され、抵抗Rdは電圧� ��生器102と固定電流源109との間に接続されて� ��り、固定電流源109の出力側に接続されてい� ��。抵抗Rdは、チップ上に形成されるポリシ� �コンからなる抵抗体だけに限られることは� �く、例えば金属配線や三極管領域で動作さ� �たMOSトランジスタなどでも良い。

 ここで電圧発生器102からの出力をVctrlと� �、固定電流源109と抵抗Rdの接続点の電圧もし くはそれをボルテージホロアしたものをVcmと すると、抵抗Rdと固定電流Idの積Rd×IdがVcmとVc trlの差である。このように図7に示す構成に� �り、VcmとVctrlとを常に一定の電圧差に保つこ とができ、この差をβ+Vth1となるように構成� �ると、数式(5)により±βの領域で良好な線形� ��を有することができる。ここでβは任意の� �数である。電圧発生器102の出力電圧を所望� �値にすることにより、チューニング電圧Vctrl 及びコモン電圧Vcmを所望の値にすることがで きる。ここで、電圧発生器102の出力電圧を可 変としても良いし、チューニング電圧Vctrl及� ��コモン電圧Vcmが所望の値となるように設定� ��た後にその出力電圧の値を固定としても良� ��。

 よって、本実施形態は、動作入力範囲に� ��ける良好な線形性を有する範囲のチューニ� ��グ電圧Vctrlの大きさによる変化を抑え、広� �トランスコンダクタンスチューニングレン� �を持つ、トランスコンダクタンスアンプを� �能にする。

 (実施形態3)
 図8に、本発明の実施形態3に係るトランス� �ンダクタンスアンプの回路図を示す。本実� �形態のトランスコンダクタンスアンプは、� �ース接地されたMOSトランジスタ111、112とで� �成される差動対と、MOSトランジスタ113、114� �、増幅器106、107と、電圧発生回路100と、差� �対入力電圧発生回路120とから構成されてい� �。

 電圧発生回路100は差動対に入力される全� ��動信号のコモン電圧Vcmと、トランスコンダ� ��タンスを制御するチューニング電圧Vctrlを� �成し、チューニング電圧Vctrlを増幅器106、107 の正入力端子に出力可能なように、および電 圧Vcmを差動対入力電圧発生回路120に出力可能 なようにそれぞれ接続されている。差動対入 力電圧発生回路120は、入力端子INPUTから入力� ��れる入力電圧Vinputとコモン電圧Vcmが入力さ� ��、電圧Vip及び電圧Vinを生成する。MOSトラン� ��スタ111、112の各ドレイン端子はMOSトランジ� ��タ113、114のソース端子とそれぞれ接続され� ��MOSトランジスタ111、112の各ゲート端子は差� ��対入力電圧発生回路120の電圧Vipを出力する� ��子、Vinを出力する端子とそれぞれ接続され� ��いる。増幅器106、107の負入力端子にはMOSト� ��ンジスタ111、112のドレイン端子およびMOSト� ��ンジスタ113、114のソース端子がそれぞれ接� ��されている。また、増幅器106、107の各出力� ��子は、MOSトランジスタ113、114のゲート端子� ��それぞれ接続されている。また、MOSトラン� ��スタ111、112は三極管領域で、MOSトランジス� ��113、114は飽和領域で、それぞれ動作するよ� ��に調整されている。

 図8に示すように、本実施形態のトランス コンダクタンスアンプは、実施形態1におけ� �電圧発生回路100の構成を次に示すような構� �のもので置き換えたものである。すなわち� �電圧発生回路100は、電圧発生器104と固定電� �源110と抵抗Rdとから構成され、抵抗Rdは電圧� ��生器104と固定電流源110との間に接続されて� ��り、固定電流源110の入力側に接続されてい� ��。抵抗Rdは、チップ上に形成されるポリシ� �コンからなる抵抗体だけに限られることは� �く、例えば金属配線や三極管領域で動作さ� �たMOSトランジスタなどでも良い。

 ここで電圧発生器104からの出力をVcmとし� ��固定電流源110と抵抗Rdの接続点の電圧もし� �はそれをボルテージホロアしたものをVctrlと すると、抵抗Rdと固定電流Idの積Rd×IdがVcmとVc trlの差である。このように図8に示す構成に� �り、VcmとVctrlとを常に一定の電圧差に保つこ とができ、この差をβ+Vth1となるように構成� �ると、数式(5)により±βの領域で良好な線形� ��を有することができる。ここでβは任意の� �数である。電圧発生器104の出力電圧を所望� �値にすることにより、コモン電圧Vcm及びチ� �ーニング電圧Vctrlを所望の値にすることがで きる。ここで、電圧発生器104の出力電圧を可 変としても良いし、コモン電圧Vcm及びチュー ニング電圧Vctrlが所望の値となるように設定� ��た後にその出力電圧の値を固定としても良� ��。

 よって、本実施形態は、動作入力範囲に� ��ける良好な線形性を有する範囲のチューニ� ��グ電圧Vctrlの大きさによる変化を抑え、広� �トランスコンダクタンスチューニングレン� �を持つ、トランスコンダクタンスアンプを� �能にする。

 (実施形態4)
 図9に、本発明の実施形態4に係るトランス� �ンダクタンスアンプの回路図を示す。本実� �形態のトランスコンダクタンスアンプは、� �ース接地されたMOSトランジスタ111、112とで� �成される差動対と、MOSトランジスタ113、114� �、増幅器106、107と、電圧発生回路100と、差� �対入力電圧発生回路120とから構成されてい� �。

 電圧発生回路100は差動対に入力される全� ��動信号のコモン電圧Vcmと、トランスコンダ� ��タンスを制御するチューニング電圧Vctrlを� �成し、チューニング電圧Vctrlを増幅器106、107 の正入力端子に出力可能なように、および電 圧Vcmを差動対入力電圧発生回路120に出力可能 なようにそれぞれ接続されている。MOSトラン ジスタ111、112の各ドレイン端子はMOSトランジ スタ113、114のソース端子とそれぞれ接続され 、MOSトランジスタ111、112の各ゲート端子は差 動対入力電圧発生回路120の電圧Vipを出力する 端子、Vinを出力する端子とそれぞれ接続され ている。差動対入力電圧発生回路120は、入力 端子INPUTから入力される入力電圧Vinputとコモ� ��電圧Vcmが入力され、電圧Vip及び電圧Vinを生� ��する。増幅器106、107の負入力端子にはMOSト� ��ンジスタ111、112のドレイン端子およびMOSト� ��ンジスタ113、114のソース端子がそれぞれ接� ��されている。また、増幅器106、107の各出力� ��子は、MOSトランジスタ113、114のゲート端子� ��それぞれ接続されている。また、MOSトラン� ��スタ111、112は三極管領域で、MOSトランジス� ��113、114は飽和領域で、それぞれ動作するよ� ��に調整されている。

 電圧発生回路100は、電圧発生器104と固定� ��流源110と抵抗Rdとから構成され、抵抗Rdは電 圧発生器104と固定電流源110との間に接続され ており、固定電流源110の入力側に接続されて いる。抵抗Rdは、チップ上に形成されるポリ� ��リコンからなる抵抗体だけに限られること� ��なく、例えば金属配線や三極管領域で動作� ��せたMOSトランジスタなどでも良い。

 図9に示すように、本実施形態のトランス コンダクタンスアンプは、実施形態3におけ� �電圧発生器104を次に示すような構成もので� �き換えたものである。すなわち、電圧発生� �104は、電流源105と、MOSトランジスタ115、116� �、増幅器108とから構成され、ソース接地さ� �たMOSトランジスタ115のドレイン端子とMOSト� �ンジスタ116のソース端子は互いに接続され� �おり、MOSトランジスタ116のドレイン端子は� �流源105の出力側と接続されている。MOSトラ� �ジスタ116と電流源105との接続点はMOSトラン� �スタ115のゲート端子と接続されている。増� �器108の正入力端子は固定電流源110と抵抗Rdの 接続点に接続され、負入力端子はMOSトランジ スタ115のドレイン端子およびMOSトランジスタ 116のソース端子と接続されている。増幅器108 の出力は、MOSトランジスタ116のゲート端子と 接続されている。

 ここで電圧発生器104からの出力、すなわ� ��MOSトランジスタ116のドレイン端子と電流源1 05とMOSトランジスタ115のゲート端子との接続� ��の電圧をVcmとし、固定電流源110と抵抗Rdの� �続点の電圧もしくはそれをボルテージホロ� �したものをVctrlとすると、抵抗Rdと固定電流I dの積Rd×IdがVcmとVctrlとの差である。このよう に図9に示す構成により、VcmとVctrlとを常に一 定の電圧差に保つことができ、この差をβ+Vth 1となるように構成すると、数式(5)により±β� ��領域で良好な線形性を有することができる� ��ここでβは任意の定数である。電流源105の� �力電流を所望の値にすることにより、電圧� �生器104の出力を所望の値にし、チューニン� �電圧Vctrl及びコモン電圧Vcmを所望の値にする ことができる。ここで、電流源105の出力電流 を可変としても良いし、チューニング電圧Vct rl及びコモン電圧Vcmが所望の値となるように� ��流源105の出力電流を設定した後にその出力� ��流の値を固定としても良い。

 MOSトランジスタ115はトランスコンダクタ� ��スアンプを構成するMOSトランジスタ111、112� ��、MOSトランジスタ116はMOSトランジスタ113、1 14とそれぞれカレントミラー関係を有するよ� ��なトランジスタサイズにすることが望まし� ��。すなわち、カレントミラー比を例えばγ� �する場合、MOSトランジスタ115のトランジス� �サイズ×γ=MOSトランジスタ111、112のトランジ スタサイズ、およびMOSトランジスタ116のトラ ンジスタサイズ×γ=MOSトランジスタ113、114の� ��ランジスタサイズとなるように構成する。� ��のとき、電流源105から出力される電流をIc� �すると、ミラー比γでカレントミラーされ、 Ip=γ×(Ic-Id)、In=γ×(Ic-Id)となる。

 以上により本実施形態は、動作入力範囲� ��おける良好な線形性を有する範囲のチュー� ��ング電圧Vctrlの大きさによる変化を抑え、� �いトランスコンダクタンスチューニングレ� �ジを持つトランスコンダクタンスアンプで� �って、さらに、差動対を形成するMOSトラン� �スタ111、112を流れる電流Ip、Inが、電流源105� ��より直接カレントミラー比で決定できると� ��う特徴をあわせもつトランスコンダクタン� ��アンプを可能にする。