DE19851718C2

DE19851718C2 - Verstärkungsschaltung

Info

Publication number: DE19851718C2
Application number: DE19851718A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Komurasaki; Kimio Ueda; Hisayasu Satoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: KR100307789B1; KR19990087843A; DE19851718A1; US6127892A; JPH11317628A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsschaltung.

Speziell betrifft sie eine Verstärkungsschaltung, die eine hohe Verstärkung bereitstellt, sogar mit einer Stromversorgung mit niedriger Spannung.

Fig. 13 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source, wie sie beispielsweise aus 1996, Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, Seiten 32-33 oder aus 1997, Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, Seiten 93-94 bekannt ist, zeigt, bei der ein Impedanzelement der negativen Rückkopplung mit dem Source verbunden ist. In Fig. 13 bezeichnet M1 einen N-Kanal-MOS-Transistor, bezeichnen Z1, ZD und ZS jeweils ein Impedanzelement mit einem Gleichstrompfad, bezeichnet P1 einen Eingabeanschluß, mit dem eine Schaltung ei ner vorhergehenden Stufe (nicht gezeigt) verbunden ist, bezeich net RFin ein zu verstärkendes Hochfrequenzsignal, das von dem Eingabeanschluß P1 fortschreitet, bezeichnet P2 einen Ausgabean schluß, mit dem eine Schaltung in der folgenden Stufe (nicht ge zeigt) verbunden ist, bezeichnet RFout ein Ausgabesignal, das zu dem Ausgabeanschluß P2 fortschreitet, bezeichnet Vgs die Span nung an dem Gate bezüglich des Source (die Gate-Source-Spannung) und bezeichnet Id den Drainstrom.

Ein Impedanzelement steht für einen Widerstand, einen Kondensa tor, eine Induktionsspule oder eine Kombination davon. Ein Gleichstrompfad steht für ein Impedanzelement, dessen beide Enden in einer Gleichstromart verbunden sind, wie zum Beispiel ein Widerstand.

Zuerst wird die Struktur der der Anmelderin bekannten Verstär kungsschaltung beschrieben. Das Gate des MOS-Transistors M1 ist mit dem Eingabeanschluß P1 verbunden; sein Source ist elektrisch mit Masse über das Impedanzelement ZS verbunden; sein Drain ist mit einer Stromversorgung VDD über das Impedanzelement ZD und dann das Impedanzelement Z1 verbunden, und sein Rückseitengate ist mit Masse verbunden. Der Ausgabeanschluß P2 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Impedanzelement Z1 und dem Impedanzelement ZD verbunden.

Der Source, Drain und Gate des MOS-Transistors M1 sind auf Po tentiale vorgespannt, die derart eingestellt sind, daß der MOS- Transistor M1 in dem EIN-Bereich, d. h. in dem Sättigungsbereich oder linearen Bereich, arbeitet.

Als nächstes wird der Betrieb der der Anmelderin bekannten Verstärkungsschaltung beschrieben. Im allgemeinen ist die elek trische Eigenschaft des MOS-Transistors M1 durch die folgende Gleichung (1) gegeben:

Das Zeichen β ist eine Konstante (Steilheitskonstante), die durch den Herstellungsprozeß und die Vorrichtungsstruktur be stimmt ist, und VT ist die Schwellenspannung. In der der Anmel derin bekannten Vorrichtung ist die Schwellenspannung VT immer konstant (= VT0), da das Rückseitengate auf Masse vorgespannt ist.

Die Verstärkung AV kann durch die folgende Gleichung (2) unter Verwendung der Gleichung (1) angegeben werden:

Entsprechend der Gleichung (2) kann eine hohe Verstärkung AV durch Erhöhen der Impedanz Z1 oder der Gate-Source-Spannung Vgs1 erhalten werden.

Wenn jedoch die Impedanz Z1 zu stark erhöht wird, wird das Po tential am Drain so niedrig werden, daß der MOS-Transistor M1 den Verstärkungsbetrieb nicht durchführen kann. Weiterhin ist es schwierig, die Gate-Source-Spannung Vgs1 über die Versorgungs spannung VDD in einer allgemeinen integrierten Halbleiterschal tung vorzuspannen. Folglich müssen, wenn der MOS-Transistor M1 für den Verstärkungsbetrieb beabsichtigt ist, das Impedanzele ment Z1 und die Gate-Source-Spannung Vgs1 innerhalb einer Gren ze, die durch die Versorgungsspannung VDD definiert ist, einge stellt werden. Folglich können, wenn die Versorgungsspannung VDD niedriger ist, das Impedanzelement Z1 und die Gate-Source- Spannung Vgs nicht größer gemacht werden, so daß eine hohe Ver stärkung AV nicht erzielt werden kann.

Beispielsweise unter der Bedingung der Versorgungsspannung VDD = 0,5 V und der Schwellenspannung VT = 0,35 V kann der MOS- Transistor M1 den Verstärkungsbetrieb durchführen, aber die Ver stärkung AV in diesem Fall wird niedrig sein.

Aus Grebene, Alan B.: Bipolar and MOS analog integrated circuit design, New York, John Wiley & Sons, 1984, S. 268-271 ist der sogenannte "Bodyeffect" bekannt, wonach die Schwellenspannung eines MOS-Transistors zunimmt, wenn die Umkehr-Vorspannung zwi schen dem Substrat und der Source erhöht wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkungs schaltung bereitzustellen, die eine hohe Verstärkung vorsehen kann, sogar mit einer Stromversorgung mit niedriger Spannung.

Die Aufgabe wird durch die Verstärkungsschaltung des Anspruches 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Die Verstärkungsschaltung enthält weiterhin bevorzugt einen Aus gabeanschluß, der elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des ersten MOS-Transistors und dem ersten Impedanzele ment verbunden ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird verhindert, daß das Potential an dem Rückseitengate des ersten MOS-Transistors ande re Transistoren beeinflußt. Die Rückseitengate-Source-Spannung des ersten MOS-Transistors wird erhöht, wenn die Gate-Source- Spannung des ersten MOS-Transistors erhöht wird, so daß die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors verringert wird, wodurch die Verstärkung des ersten MOS-Transistors erhöht wird. Weiterhin fließt ein größerer Drainstrom, wenn das verstärkte Signal größer wird, wodurch die Verstärkung des ersten MOS- Transistors erhöht wird.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 bilden das erste Impedanzelement und der erste MOS-Transistor eine Span nungsverstärkungsschaltung mit hoher Verstärkung.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 verstärken der zweite MCS-Transistor und das zweite Impedanzelement die Spannung des zu verstärkenden Signales, das an das Rückseitenga te des ersten MOS-Transistors angelegt wird, in der gleichen Phase. Dies erhöht die Verstärkung des ersten MOS-Transistors. Weiterhin ist das Gate des ersten MOS-Transistors, an das das zu verstärkende Signal eingegeben wird, elektrisch von der parasi tären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des er sten MOS-Transistors getrennt, und sie beeinflussen sich nicht untereinander.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 4 ist der Ausgabeanschluß elektrisch von der parasitären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des ersten MOS-Transistors ge trennt, so daß sie sich gegeneinander nicht beeinflussen.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 5 ist die Verstärkung größer als die gemäß der Weiterbildung nach Patentanspruch 4, da das zu verstärkende Signal durch den ersten und zweiten MOS-Transistor derart verstärkt wird, daß es ein Ausga besignal wird.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 6 wird die Rückseitengate-Source-Spannung des zweiten MOS-Transistors er höht, wenn die Gate-Source-Spannung des zweiten MOS-Transistors größer wird, wodurch die Schwellenspannung des zweiten MOS- Transistors verringert wird. Dies erhöht die Verstärkung des zweiten MOS-Transistors.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 7 beeinflußt der Ausgabeanschluß weder die parasitäre Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des ersten MOS-Transistors noch wird er durch sie beeinflußt, und weiterhin kann die Verstärkung größer gemacht werden.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 8 wird die Rückseitengate-Source-Spannung des dritten MOS-Transistors er höht, wenn die Gate-Source-Spannung des dritten MOS-Transistors größer wird, wodurch die Schwellenspannung des dritten MOS- Transistors niedriger wird, was die Verstärkung des dritten MOS- Transistors erhöht.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 9 ist es möglich, die Rückseitengate-Source-Spannung des ersten MOS- Transistors zu erhöhen, wenn die Gate-Source-Spannung des ersten MOS-Transistors größer wird.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 10 kann der Verbindungsabschnitt leicht durch Verwenden eines Drahtes reali siert werden.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 11 wird das Gate des ersten MOS-Transistors elektrisch von der parasitären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source getrennt, so daß sie sich kaum beeinflussen können.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 12 wird die Gate-Source-Spannung des Vorspannungs-MOS-Transistors zu dem Rückseitengate des ersten MOS-Transistors als eine Gleichstrom vorspannung gegeben, so daß das Vorspannungsimpedanzelement kei nen Gleichstrompfad aufweisen muß. Sogar wenn das zu verstärken de Signal, das an das Gate des ersten MOS-Transistors angelegt wird, nicht eine Gleichstromvorspannung enthält, können das Gate und das Rückseitengate des ersten MOS-Transistors mit der Gleichstromvorspannung von dem Vorspannungs-MOS-Transistor be liefert werden. Da der Vorspannungs-MOS-Transistor durch die Um gebungstemperatur ähnlich wie der erste MOS-Transistor beein flußt wird, kann weiterhin die Gleichstromvorspannung leicht eingestellt werden.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 13 kann die Gleichstromvorspannung leichter eingestellt werden, da der Vor spannungs-MOS-Transistor durch die Umgebungstemperatur noch ähn licher zu dem ersten MOS-Transistor beeinflußt wird.

Entsprechend der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 14 wird der Leckstrom, der zwischen dem Drain und dem Source des ersten MOS- Transistors fließt, reduziert, wenn das zu verstärkende Signal nicht zu dem Gate des ersten MOS-Transistors übertragen wird. Dies reduziert den verschwenderischen Verlust des Stromes.

Ferner ist der Ausgabeanschluß elektrisch von der parasitären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des ersten MOS- Transistors getrennt, so daß sie sich gegenseitig nicht beein flussen werden.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem ersten bevorzugten Ausführungs beispiel zeigt,

Fig. 2 ein Schaubild, das ein Beispiel einer 3- Wannenstruktur zeigt, bei der die vorliegenden Verstärkungsschaltungen angewendet werden,

Fig. 3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer SOI- Struktur (Silizium-Auf-Isolator-Struktur) zeigt, bei der die vorliegenden Verstärkungsschaltungen angewendet werden,

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Verstär kungsschaltung entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 5 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Ver stärkungsschaltung zeigt, die einen Transistor zum Reduzieren des Kanallängenmodulationseffektes ent hält,

Fig. 6 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 7 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem dritten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 8 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem vierten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 9 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem fünften bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 10 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend einem sechsten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 11 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend dem sechsten bevorzugten Ausführungs beispiel zeigt,

Fig. 12 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung entsprechend dem sechsten bevorzugten Ausführungs beispiel zeigt, und

Fig. 13 ist ein Schaltbild, das eine bekannte Verstär kungsschaltung zeigt.

Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source entsprechend dem ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. In Fig. 1 bezeichnet W eine Verbindung zum elektrischen Verbinden des Gates und des Rückseitengates des MOS-Transistors M1, bezeichnet Vbs1 die Spannung an dem Rücksei tengate bezüglich des Source (die Rückenseitengate-Source- Spannung), und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 13.

In der Struktur der Verstärkungsschaltung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles schließt die Verbindung W das Gate und das Rückseitengate elektrisch kurz. In anderen Aspekten ist die Struktur die gleiche, wie die der in Fig. 13 gezeigten Schaltung, die der Anmelderin bekannt ist.

In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der MOS-Transistor M1 einem ersten MOS-Transistor, entspricht Masse einem ersten fixierten Potential, entspricht die Versorgungs spannung VDD einem zweiten fixierten Potential mit einer gegebe nen Potentialdifferenz bezüglich Masse, entspricht das Impedan zelement Z1 einem ersten Impedanzelement und entspricht die Ver bindung W einem Rückseitengatevorspannungsabschnitt.

Die Verbindung W ist derart vorgesehen, daß das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 elektrisch verbunden wer den und kann zum Beispiel aus nur einem Draht gebildet sein.

Wenn sie nicht benötigt werden, können das Impedanzelement ZS und das Impedanzelement ZD, die entsprechend an dem Source und dem Drain des MOS-Transistors M1 vorgesehen sind, weggelassen werden.

Ähnlich zu der der Anmelderin bekannten Schaltung sind der Sour ce, der Drain und das Gate des MOS-Transistors M1 auf einge stellte Potentiale derart vorgespannt, daß der MOS-Transistor M1 in dem EIN-Bereich oder dem Sättigungsbereich oder dem linearen Bereich arbeiten kann.

Als nächstes wird der Betrieb der Verstärkungsschaltung des er sten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Schwel lenspannung VT wird durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

VT = VT0 + γ[√|2ϕF - Vbs| - √|2ϕF|] (3).

Das Zeichen ΦF ist eine Konstante, die durch die Dotierungs dichte des Substrates bestimmt ist und die ein Oberflächenpoten tial genannt wird, und γ ist ein Substratvorspannungseffektfak tor.

Wenn das verstärkte Signal RFin bzw. das zu verstärkende Signal RFin größer wird, wird die Rückseitengate-Source-Spannung Vbs1 mit der Gate-Source-Spannung Vgs1 größer. Wenn die Rückseitenga te-Source-Spannung Vbs1 größer wird, wird die Schwellenspannung VT kleiner, wie von der Gleichung (3) gesehen werden kann. Folg lich stellt der MOS-Transistor M1 gemäß der Gleichung (2) eine höhere Verstärkung AV als der der Anmelderin bekannte bereit.

Weiterhin fließt, da die Schwellenspannung VT kleiner wird, wenn die Gate-Source-Spannung Vgs1 größer wird, ein größer Drainstrom Id als in der der Anmelderin bekannten Schaltung, wie von der Gleichung (1) ersichtlich ist. Speziell, wenn das verstärkte Si gnal RFin größer wird, erhöht sich der Drainstrom Id beträchtli cher, verglichen mit dem der Anmelderin bekannten. Wenn das ver stärkte Signal RFin größer ist und das Ausgabesignal RFout stark variiert, wird daher die Kapazität an dem Ausgabeanschluß P2 mit einer höheren Rate bzw. Geschwindigkeit geladen/entladen.

Der Drainstrom Id wird durch das Impedanzelement Z1 in das Aus gabesignal RFout in Spannung umgewandelt. Das heißt, daß, wenn die Spannung des verstärkten Signales RFin, das an den Eingabe anschluß P1 angelegt ist, variiert, der Drainstrom Id variiert, und der Spannungsabfall durch das Impedanzelement Z1 verursacht, daß die Spannung des Ausgabesignales RFout stark variiert.

Da ein größerer Drainstrom Id als in der der Anmelderin bekannten Schaltung erhalten wird, kann die Layoutfläche für den MOS- Transistor M1 kleiner sein, wodurch eine Verschlechterung der Hochfrequenzeigenschaften, die durch eine erhöhte Layoutfläche bedingt ist, verhindert wird.

Wenn eine Mehrzahl von Transistoren in einem Substrat zusätzlich zu dem MOS-Transistor M1 hergestellt werden, wird zum Beispiel ein Substrat mit einer 3-Wannenstruktur, die in Fig. 2 gezeigt ist, oder einer SOI-Struktur (Silizium-Auf-Isolator-Struktur), die in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet. In einem solchen Substrat sind das Halbleitersubstrat des P-Substrates und das Rückseiten gate isoliert, so daß das Potential an dem Rückseitengate für jeden der Mehrzahl von Transistoren getrennt werden kann. In Fig. 2 und Fig. 3 entsprechen G, S, D und BG entsprechend dem Gate-, Source-, Drain- und Rückseitengateanschluß des MOS- Transistors M1. Diese Strukturen ermöglichen, daß das Potential an dem Rückseitengate für jeden Transistor derart gesteuert wird, daß das Potential an dem Rückseitengate des MOS- Transistors M1 nicht andere Transistoren beeinflussen wird.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines rauscharmen Verstärkers, der durch Anwenden des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles ge bildet ist. In Fig. 4 bezeichnet 10 eine Vorspannungsschaltung zum Anlegen einer Gleichstromvorspannung an das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M1, bezeichnet P3 einen An schluß zum Anlegen der Gleichstromvorspannung, und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 1. Das Impedanzelement Z1 ist eine Induktionsspule, und das Impedanzelement ZS und das Impedanzelement ZD sind nicht vorhanden. Das verstärkte Signal RFin wird über einen Kondensator an den Eingabeanschluß P1 ange legt, und das Ausgabesignal RFout wird über einem Kondensator von dem Ausgabeanschluß P2 entnommen.

Wenn es wünschenswert ist, den Miller-Effekt und den Kanallän genmodulationseffekt des MOS-Transistors M1 zu reduzieren, ist ein MOS-Transistor M derart vorgesehen, daß sein Gate eine kon stante Vorspannung Vbias empfängt, sein Source mit dem Drain des MOS-Transistors M1 verbunden ist, sein Drain mit dem Impedanze lement Z1 verbunden ist und sein Rückseitengate mit Masse ver bunden ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Bildung des MOS- Transistors M kann nicht nur bei dem ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel angewendet werden, sondern ebenfalls bei dem zwei ten bis siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel, die unten be schrieben werden.

Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 6 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source, entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. In Fig. 6 bezeichnet M2 einen N-Kanal-MOS- Transistor, bezeichnet Z2 ein Impedanzelement mit einem Gleich strompfad, und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 1.

Als nächstes wird die Struktur der Verstärkungsschaltung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Das Gate des MOS-Transistors M2 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M1 und dem Impedanzele ment Z1 verbunden; sein Source ist elektrisch mit Masse verbun den, und sein Drain ist elektrisch mit der Versorgungsspannung VDD über das Impedanzelement Z2 verbunden. Das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem MOS-Transistor M2 und dem Impedanzelement Z2 ver bunden. Das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M2 sind elektrisch über eine Verbindung W (einen zweiten Rücksei tengatevorspannungsabschnitt) verbunden. Der Ausgabeanschluß P2 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem MOS-Transistor M2 und dem Impedanzelement Z2 verbunden. Die Struktur ist in ande ren Aspekten die gleiche, wie die des ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispieles.

Der MOS-Transistor M2 entspricht einem zweiten MOS-Transistor; das Impedanzelement Z2 entspricht einem zweiten Impedanzelement, und der MOS-Transistor M2, das Impedanzelement Z2 und die Ver bindung W sind in dem Rückseitengatevorspannungsabschnitt 100 enthalten.

Wenn es benötigt ist, können Impedanzelemente ähnlich dem Impe danzelement ZS und dem Impedanzelement ZD für den Source und den Drain des MOS-Transistors M2 vorgesehen werden. Weiterhin können Impedanzelemente für das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 und für das Gate des MOS-Transistors M2 bereitgestellt werden.

Das Rückseitengate des MOS-Transistors M2 kann mit Masse verbun den sein.

Als nächstes wird der Betrieb der Verstärkungsschaltung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Der MOS- Transistor M1 und das Impedanzelement Z1 bilden eine Gegenpha senspannungsverstärkungsschaltung. Folglich wird die Spannung des an den Eingabeanschluß P1 angelegten verstärkten Signales RFin in entgegengesetzter Phase verstärkt und an das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M2 angelegt. Dann stellt der MOS-Transistor M2 ähnlich zu dem in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebenen MOS-Transistor M1 eine höhere Verstärkung AV bereit, da die Gate-Source-Spannung Vgs und die Rückseitengate-Source-Spannung Vbs des MOS-Transistors M2 größer werden.

Da der MOS-Transistor M2 und das Impedanzelement Z2 ebenfalls eine Gegenphasenspannungsverstärkungsschaltung bilden, ist die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des MOS- Transistors M2 und dem Impedanzelement Z2 in Phase mit dem ver stärkten Signal RFin. Die Spannung an diesem Verbindungspunkt wird an das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 angelegt. Da die Rückseitengate-Source-Spannung Vbs1 des MOS-Transistors M1 der Verstärkung in Phase des verstärkten Signals RFin ent spricht, das durch die MOS-Transistoren M1 und M2 verstärkt ist, ist sie somit noch größer als die in dem ersten bevorzugten Aus führungsbeispiel, das das verstärkte Signal RFin selbst verwen det. Folglich ist die Verstärkung AV des MOS-Transistors M1 grö ßer, als die in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Wenn ein größeres verstärktes Signal RFin bzw. zu verstärkendes Si gnal RFin eingegeben wird, kann die Kapazität an dem Ausgabean schluß P2, verglichen mit dem ersten bevorzugten Ausführungsbei spiel, mit einer noch höheren Rate geladen/entladen werden.

Da der Eingabeanschluß P1 nicht elektrisch mit dem Rückseitenga te des MOS-Transistors M1 verbunden ist, ist er elektrisch von der parasitären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des MOS-Transistors M1 getrennt, und sie beeinflussen sich nicht untereinander. Dies ermöglicht, daß eine mit dem Eingabeanschluß P1 verbundene Anpassungsschaltung (nicht gezeigt) einfach kon struiert ist. Dies ist speziell effektiv, wenn das verstärkte Signal RFin ein Hochfrequenzsignal (z. B. in dem L-Band) ist.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M1 und dem Impedanzelement Z1 und das Gate des MOS-Transistors M2 können über einen Kondensator derart verbunden sein, daß eine Gleichstromvorspannung an das Gate des MOS-Transistors M2 ange legt ist.

Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdeter Masse entsprechend dem dritten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. In dem dritten bevorzugten Ausführungsbei spiel ist der Ausgabeanschluß P2 elektrisch mit einem Verbin dungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M1 und dem Im pedanzelement Z1 verbunden. Die Struktur ist in anderen Aspekten die gleiche wie die des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispie les.

Anders als in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Ausgabeanschluß P2 nicht elektrisch mit dem Rückseitengate des MOS-Transistors M1 verbunden. Folglich ist er elektrisch von der parasitären Di ode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des MOS- Transistors M1 getrennt, und sie beeinflussen sich nicht gegen seitig. Weiterhin ist der Ausgabeanschluß P2, wenn das Rücksei tengate des MOS-Transistors M2 von dem Gate des MOS-Transistors M2 getrennt ist und mit Masse verbunden ist, elektrisch auch nicht mit dem Rückseitengate des MOS-Transistors M2 verbunden.

Dann ist er elektrisch ebenfalls von der parasitären Diode zwi schen dem Rückseitengate und dem Source des MOS-Transistors M2 getrennt, und sie beeinflussen sich nicht gegenseitig. Dann kann die Struktur einer Anpassungsschaltung (nicht gezeigt), die mit dem Ausgabeanschluß P2 verbunden ist, vereinfacht sein.

Viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 8 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source entsprechend dem vierten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. In Fig. 8 bezeichnet M3 einen N-Kanal-MOS- Transistor, bezeichnet Z3 ein Impedanzelement mit einem Gleich strompfad, und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 6.

Als nächstes wird die Struktur der Verstärkungsschaltung des vierten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Das Gate des MOS-Transistors M3 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M2 und dem Impedanzele ment Z2 verbunden. Der Source des MOS-Transistors M3 ist elek trisch mit Masse bzw. Erde verbunden. Der Drain des MOS- Transistors M3 ist elektrisch mit der Versorgungsspannung VDD über das Impedanzelement Z3 verbunden. Das Gate und das Rücksei tengate des MOS-Transistors M3 sind elektrisch über eine Verbin dung verbunden (einen dritten Rückseitengatevorspannungsab schnitt). Der Ausgabeanschluß P2 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M3 und dem Impedanzele ment Z3 verbunden. In anderen Aspekten ist die Struktur die gleiche, wie die des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Der MOS-Transistor M3 entspricht einem dritten MOS-Transistor, und das Impedanzelement Z3 entspricht einem dritten Impedanzele ment.

Wenn es benötigt ist, kann ein Impedanzelement für das Gate, den Source oder den Drain des MOS-Transistors M3 vorgesehen sein.

Verglichen mit dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das oben beschriebene, dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel den Vorteil auf, daß der Ausgabeanschluß P2 elektrisch mit dem Ver bindungspunkt zwischen dem Drain des MOS-Transistors M1 und dem Impedanzelement Z1 verbunden ist, so daß er weder durch die pa rasitäre Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source des MOS-Transistors M1 beeinflußt wird noch diese beeinflußt. Jedoch wird die Verstärkung AV niedriger sein, als die in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Folglich ist in dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Spannungsverstärkungsschaltung, die den MOS-Transistor M3 und das Impedanzelement Z3 enthält, zu der Struktur des zweiten be vorzugten Ausführungsbeispieles derart hinzugefügt, daß der Aus gabeanschluß P2 von der parasitären Diode zwischen dem Rücksei tengate und dem Source des MOS-Transistors M1 derart getrennt ist, daß sie sich gegenseitig nicht beeinflussen, und daß eben falls eine noch größere Verstärkung AV als in dem zweiten bevor zugten Ausführungsbeispiel erzielt wird.

Obwohl das Rückseitengate des MOS-Transistors M3 elektrisch mit dem Gate des MOS-Transistors M3 in Fig. 8 verbunden ist, kann es von dem Gate des MOS-Transistors M3 getrennt sein und mit Masse verbunden sein.

Weiterhin kann, obwohl eine Spannungsverstärkungsschaltung einer einzelnen Stufe, die aus dem MOS-Transistor M3 und dem Impedanz element Z3 gebildet ist, in Fig. 8 hinzugefügt ist, eine Span nungsverstärkungsschaltung mit einer Mehrzahl von Stufen vorge sehen sein.

Fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 9 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source entsprechend dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt. In Fig. 9 bezeichnet Zin ein Impedanzele ment mit einem Gleichstrompfad, und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 1.

In der Struktur der Verstärkungsschaltung des fünften bevorzug ten Ausführungsbeispieles sind das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 elektrisch über das Impedanzelement Zin verbunden. Die Struktur ist in anderen Aspekten die gleiche, wie die des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles.

In dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht das Impedanzelement Zin einem Vorspannungsimpedanzelement, das in dem Rückseitengatevorspannungsabschnitt enthalten ist.

Es ist hier angenommen, daß zum Beispiel die in Fig. 4 gezeigte Vorspannungsschaltung 10 verwendet wird und daß das Impedanzele ment Zin einen Gleichstrompfad zum Anlegen einer Gleichstromvor spannung, die von der Vorspannungsschaltung 10 erzeugt ist, ebenfalls an das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 aufweist.

In dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gate des MOS-Transistors M1 mit dem Rückseitengate über das Impedanzele ment Zin verbunden, so daß der Eingabeanschluß P1 elektrisch von der parasitären Diode zwischen dem Rückseitengate und dem Source getrennt ist und sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Struktur einer Anpassungs schaltung (nicht gezeigt), die mit dem Eingabeanschluß P1 ver bunden ist. Weiterhin kann, wenn das Impedanzelement Zin als ein Teil der Anpassungsschaltung gebildet ist, die Struktur der An passungsschaltung weiter vereinfacht werden.

Das fünfte bevorzugte Ausführungsbeispiel kann ebenfalls für den MOS-Transistor M2 des zweiten bis vierten bevorzugten Ausfüh rungsbeispieles oder für den MOS-Transistor M3 des vierten be vorzugten Ausführungsbeispieles angewendet werden.

Sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 10 ist ein Schaltbild, das eine Verstärkungsschaltung mit geerdetem Source entsprechend dem sechsten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. In Fig. 10 bezeichnet M0 einen N-Kanal-MOS- Transistor, bezeichnet ZS0 ein Impedanzelement mit einem Gleich strompfad, bezeichnet 20 eine Konstantstromquelle zum freien Einstellen und Erzeugen eines Vorspannungsstromes Ibias, und die anderen Bezugszeichen entsprechen denen in Fig. 9.

Als nächstes wird die Struktur der Verstärkungsschaltung des sechsten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Der Source des MOS-Transistors M0 ist elektrisch mit Masse über das Impedanzelement ZS0 verbunden. Der Drain des MOS-Transistors M0 empfängt den Vorspannungsstrom Ibias. Das Gate des MOS- Transistors M0 ist elektrisch mit dem Rückseitengate des MOS- Transistors M1 und dem Drain des MOS-Transistors M0 verbunden. Das Rückseitengate des MOS-Transistors M0 ist elektrisch mit Masse verbunden. In anderen Aspekten ist die Struktur gleich zu der des fünften bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Das Impedanzelement Zin in dem sechsten bevorzugten Ausführungs beispiel enthält einen Wechselstrompfad und nicht einen Gleich strompfad. Der Wechselstrompfad steht für ein Impedanzelement, dessen beide Enden in einer Wechselstromart verbunden sind, wie zum Beispiel ein Kondensator.

In dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der MOS-Transistor M0 einem Vorspannungs-MOS-Transistor, entspricht das Impedanzelement Zin einem Vorspannungsimpedanzelement und sind der MOS-Transistor M0, das Impedanzelement Zin, das Impe danzelement ZS0 und die Konstantstromquelle 20 in dem Rücksei tengatevorspannungsabschnitt 100 enthalten.

Das Impedanzelement ZS0 kann weggelassen werden, wenn es nicht notwendig ist.

Der Drain und das Gate des MOS-Transistors M0 sind derart ver bunden, daß der MOS-Transistor M0 sicher eingeschaltet ist.

Als nächstes wird der Betrieb der Verstärkungsschaltung des sechsten bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Ga te-Source-Spannung Vgs des MOS-Transistors M0 kann unter Verwen dung der Gleichung (1) erhalten werden. Die Spannung VB an dem Gate des MOS-Transistors M0 bezüglich Masse entspricht einer Summe der Gate-Source-Spannung Vgs0 des MOS-Transistors M0 und der Spannung an dem Impedanzelement ZS0 und ist wie folgt gege ben:

In dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Gleich strompfad in dem Impedanzelement Zin derart vorgesehen, daß eine Gleichstromvorspannung für das Rückseitengate des MOS- Transistors M1 bereitgestellt wird. In dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es nicht notwendig, einen Gleich strompfad in dem Impedanzelement Zin vorzusehen, da die Spannung VB an dem Rückseitengate des MOS-Transistors M1 als eine Gleich stromvorspannung bereitgestellt ist.

Sogar, wenn das verstärkte Signal RFin, das an den Eingabean schluß P1 angelegt ist, keine Gleichstromvorspannung enthält, können das Gate und das Rückseitengate des MOS-Transistors M1 mit einer Gleichstromvorspannung von dem Rückseitengatevorspan nungsabschnitt 100 beliefert werden.

Da weiterhin der MOS-Transistor M0 ähnlich zu dem MOS-Transistor M1 durch die Umgebungstemperatur beeinflußt wird, kann die Gleichstromvorspannung leicht auf einen geeigneten Wert, entspre chend der Umgebungstemperatur, eingestellt werden.

Weiterhin wird, wenn, wie in Fig. 11 gezeigt ist, das Rücksei tengate des MOS-Transistors M0 elektrisch mit dem Gate des MOS- Transistors M0 ähnlich zu denen des MOS-Transistors M1 verbunden ist, der Einfluß der Umgebungstemperatur auf den MOS-Transistor M0 enger bzw. ähnlicher zu dem der Umgebungstemperatur auf den MOS-Transistor M1, wodurch das Einstellen der Gleichstromvor spannung noch leichter wird.

Fig. 12 zeigt eine Modifikation der in Fig. 11 gezeigten Schal tung. In der in Fig. 12 gezeigten Schaltung wird das verstärkte Signal RFin an das Gate des MOS-Transistors M1 in einer Zeitauf teilungsart oder in gewünschten Perioden angelegt, anstatt immer an das Gate des MOS-Transistors M1 angelegt zu sein. Ob das ver stärkte Signal RFin an das Gate des MOS-Transistors M1 angelegt wird, kann zum Beispiel mit einem Schalter 21 gesteuert werden, von dem ein Ende mit dem Eingabeanschluß P1 verbunden ist, das andere Ende das verstärkte Signal RFin empfängt und der durch ein Steuersignal Ctr1, das die gewünschten Perioden anzeigt, zwischen EIN und AUS gesteuert wird. Das Steuersignal Ctr1 steu ert ebenfalls die Konstantstromquelle 20.

Wenn das Steuersignal Ctr1 eine gewünschte Periode anzeigt, wird der Schalter 21 eingeschaltet, und das verstärkte Signal RFin wird an das Gate des MOS-Transistors M1 angelegt, und die Kon stantstromquelle 20 gibt ihren Vorspannungsstrom Ibias aus.

Wenn das Steuersignal Ctr1 eine andere Periode als die gewünsch te Periode anzeigt, wird der Schalter 21 ausgeschaltet, und das verstärkte Signal RFin wird nicht an das Gate des MOS- Transistors M1 angelegt, und die Konstantstromquelle 20 gibt nicht den Vorspannungsstrom Ibias aus. Wenn der Vorstrom Ibias nicht fließt, verringert sich zuerst die Spannung VB, und die Rückseitengate-Source-Spannung des MOS-Transistors M1 verringert sich, und dann wird die Schwellenspannung des MOS-Transistors M1 größer. Die größere Schwellenspannung des MOS-Transistors M1 re duziert den Leckstrom, der zwischen dem Drain und dem Source des MOS-Transistors M1 fließt. Dies reduziert verschwenderischen Stromverbrauch.

Die Modifikation ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt. Wenn der Rückseitengatevorspannungsabschnitt derart aufgebaut ist, daß die Rückseitengate-Source-Spannung des MOS- Transistors M1 derart verringert wird, daß die Schwellenspannung des MOS-Transistors M1 größer wird, wenn das verstärkte Signal RFin nicht zu dem Gate des MOS-Transistors M1 übertragen wird, d. h. wenn die Verstärkungsschaltung in dem AUS-Zustand ist, dann wird der Leckstrom, der zwischen dem Drain und dem Source des MOS-Transistors M1 fließt, reduziert, was einen verschwenderi schen Stromverbrauch reduziert.

Das sechste bevorzugte Ausführungsbeispiel kann ebenfalls bei dem MOS-Transistor M2 des zweiten bis vierten bevorzugten Aus führungsbeispieles oder bei dem MOS-Transistor M3 des vierten bevorzugten Ausführungsbeispieles angewendet werden.

Modifikation

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können nicht nur auf N- Kanal-MOS-Transistoren sondern ebenfalls auf P-Kanal-MOS- Transistoren angewendet werden.

Claims

1. Verstärkungsschaltung mit:
einem ersten MOS-Transistor (M1), der ein Gate, das ein zu ver stärkendes Signal (RFin) empfängt, ein Source, das elektrisch mit einem ersten fixierten Potential verbunden ist, ein Drain, das elektrisch mit einem zweiten fixierten Potential (VDD), das einen gegebenen Potentialunterschied bezüglich des ersten fixierten Potentials aufweist, verbunden ist,
und ein Rückseitengate, das von einem Halbleitersubstrat iso liert ist, aufweist,
und einem Rückseitengatevorspannungsabschnitt (100) zum derarti gen Erhöhen der Rückseitengate-Source-Spannung des ersten MOS- Transistors (M1) aufweist, daß die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors (M1) kleiner wird, wenn die Gate-Source-Spannung des ersten MOS-Transistors (M1) größer wird.

2. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 1, weiter mit einem zwischen dem zweiten fixierten Potential (VDD) und dem Drain des ersten MOS-Transistors (M1) verbundenen ersten Impe danzelement (Z1) zum Umwandeln des Drainstromes des ersten MOS- Transistors (M1) in eine Spannung.

3. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 2, bei der der Rückseitengatevorspannungsabschnitt
einen zweiten MOS-Transistor (M2), der ein Gate, das elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des ersten MOS- Transistors (M1) und dem ersten Impedanzelement (Z1) verbunden ist, und ein Source, das elektrisch mit dem ersten fixierten Po tential verbunden ist, aufweist, und
ein zwischen dem zweiten fixierten Potential (VDD) und dem Drain des zweiten MOS-Transistors (M2) verbundenes zweites Impedanze lement (Z2) zum Umwandeln eines Drainstromes des zweiten MOS- Transistors (M2) in eine Spannung enthält,
und bei der das Rückseitengate des ersten MOS-Transistors (M1) elektrisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des zweiten MOS-Transistors (M2) und dem zweiten Impedanzelement (Z2) verbunden ist.

4. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, weiter mit einem Ausgabeanschluß (P2), der elektrisch mit einem Verbin dungspunkt zwischen dem Drain des ersten MOS-Transistors (M1) und dem ersten Impedanzelement (Z1) verbunden ist.

5. Verstärkungsschalung nach Anspruch 3, weiter mit einem Ausgabeanschluß (P2), der elektrisch mit einem Verbin dungspunkt zwischen dem Drain des zweiten MOS-Transistors (M2) und dem zweiten Impedanzelement (Z2) verbunden ist.

6. Verstärkungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter mit einem zweiten Rückseitengatevorspannungsabschnitt zum Erhöhen der Rückseitengate-Source-Spannung des zweiten MOS-Transistors (M2) derart, daß die Schwellenspannung des zweiten MOS-Tran sistors (M2) kleiner wird, wenn die Gate-Source-Spannung des zweiten MOS-Transistors (M2) größer wird.

7. Verstärkungsschalung nach Anspruch 3, weiter mit:
einem dritten MOS-Transistor (M3), der ein Gate, das elektrisch mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Drain des zweiten MOS- Transistors (M2) und dem zweiten Impedanzelement (Z2) verbunden ist, und ein Source, das elektrisch mit dem ersten fixierten Po tential verbunden ist, aufweist,
einem zwischen dem zweiten fixierten Potential (VDD) und einem Drain des dritten MOS-Transistors (M3) verbundenen dritten Impe danzelement (Z3) zum Umwandeln des Drainstromes des dritten MOS- Transistors (M3) in eine Spannung und
einem Ausgabeanschluß (P2), der elektrisch mit einem Verbin dungspunkt zwischen dem Drain des dritten MOS-Transistors (M3) und dem dritten Impedanzelement (Z3) verbunden ist.

8. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 7, weiter mit einem dritten Rückseitengatevorspannungsabschnitt zum Erhöhen der Rückseitengate-Source-Spannung des dritten MOS-Transistors (M3) derart, daß die Schwellenspannung des dritten MOS- Transistors (M3) kleiner wird, wenn die Gate-Source-Spannung des dritten MOS-Transistors (M3) größer wird.

9. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 1, bei der der Rückseitengatevorspannungsabschnitt einen Verbindungsab schnitt zum elektrischen Verbinden des Gates und des Rückseiten gates des ersten MOS-Transistors (M1) aufweist.

10. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 9, bei der der Verbindungsabschnitt aus einem Draht (W) zum Kurzschließen des Gates und des Rückseitengates gebildet ist.

11. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 9, bei der der Verbin dungsabschnitt ein Vorspannungsimpedanzelement (Zin) zum elek trischen Verbinden des Gates des ersten MOS-Transistors (M1) mit dem Rückseitengate über eine gegebene Impedanz aufweist.

12. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 1, bei der der Rückseitengatevorspannungsabschnitt
ein Vorspannungsimpedanzelement (Zin) zum Verbinden des Gates und des Rückseitengates des ersten MOS-Transistors (M1) in einer Wechselstromart und
einen Vorspannungs-MOS-Transistor (M0), der ein Gate, das elek trisch mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Rückseitengate des ersten MOS-Transistors (M1) und dem Vorspannungsimpedanzele ment (Zin) verbunden ist, ein Source, das elektrisch mit dem er sten fixierten Potential verbunden ist, und ein Drain, das einen konstanten Strom empfängt, aufweist, aufweist.

13. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 12, bei der das Rück seitengate des Vorspannungs-MOS-Transistors (M0) elektrisch mit dem Gate des Vorspannungs-MOS-Transistors (M0) verbunden ist.

14. Verstärkungsschaltung nach Anspruch 1, bei der der Rück seitengatevorspannungsabschnitt die Rückseitengate-Source- Spannung des ersten MOS-Transistors (M1) derart kleiner macht, daß die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors (M1) größer wird, wenn das zu verstärkende Signal (RFin) nicht zu dem Gate des ersten MOS-Transistors (M1) fortschreitet.