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JP2001053558A - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier

Info

Publication number
JP2001053558A
JP2001053558A JP11225064A JP22506499A JP2001053558A JP 2001053558 A JP2001053558 A JP 2001053558A JP 11225064 A JP11225064 A JP 11225064A JP 22506499 A JP22506499 A JP 22506499A JP 2001053558 A JP2001053558 A JP 2001053558A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
operational amplifier
voltage
power supply
stage
potential power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11225064A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mika Nishisaka
美香 西坂
Yusuke Otomo
祐輔 大友
Shoichi Shimaya
正一 嶋屋
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.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP11225064A priority Critical patent/JP2001053558A/en
Publication of JP2001053558A publication Critical patent/JP2001053558A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電位電源と低電位電源との電圧差が、単体
MOSトランジスタの耐圧以上でも、演算増幅器として
使用可能である演算増幅器を提供することを目的とする
ものである。 【解決手段】 差動増幅段と、レベルシフト段と、出力
段とを備える演算増幅器において、出力段における高電
位電源側の駆動トランジスタと出力端子との間に設けら
れている第1の電圧クランプ回路と、低電位電源側の駆
動トランジスタと出力端子との間に設けられている第2
の電圧クランプ回路とを有する演算増幅器である。
(57) Abstract: An object of the present invention is to provide an operational amplifier that can be used as an operational amplifier even when a voltage difference between a high-potential power supply and a low-potential power supply is equal to or higher than the withstand voltage of a single MOS transistor. . SOLUTION: In an operational amplifier including a differential amplifier stage, a level shift stage, and an output stage, a first voltage clamp provided between a drive transistor on a high potential power supply side and an output terminal in the output stage. Circuit and a second transistor provided between the drive transistor on the low potential power supply side and the output terminal.
And a voltage clamp circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS(相補型
MOSトランジスタ)によって集積回路上に作られ、ア
ナログ信号の比較器等に用いられる演算増幅器に係り、
特に、演算増幅器を構成するトランジスタの耐圧よりも
高い電圧で動作する演算増幅器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operational amplifier which is formed on an integrated circuit by CMOS (complementary MOS transistor) and is used for a comparator of an analog signal and the like.
In particular, the present invention relates to an operational amplifier that operates at a voltage higher than the withstand voltage of a transistor included in the operational amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来の演算増幅器111を示す
回路図である。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional operational amplifier 111.

【0003】従来の演算増幅器111は、参考文献(IE
EE JOURNAL OF SOLID STATE CIRCUITS, SC-17, 1982, P
AUL R. GRAY and ROBERT G. MEYER,“MOS Operational
Amplifier Design A Tutorial Overview” p. 969-98
1.)に記載されている回路である。
A conventional operational amplifier 111 is described in a reference (IE
EE JOURNAL OF SOLID STATE CIRCUITS, SC-17, 1982, P
AUL R. GRAY and ROBERT G. MEYER, “MOS Operational
Amplifier Design A Tutorial Overview ”p. 969-98
This is the circuit described in 1.).

【0004】従来の演算増幅器111は、正相入力端子
11と逆相入力端子12との入力電圧差に応じて差動増
幅する差動増幅段10と、差動増幅段10の出力電圧を
レベルシフトするレベルシフト段20と、レベルシフト
段20の出力によって、相補的にオン、オフする出力段
30とによって構成されている。
A conventional operational amplifier 111 includes a differential amplifier stage 10 that amplifies differentially according to an input voltage difference between a positive-phase input terminal 11 and a negative-phase input terminal 12, and the output voltage of the differential amplifier stage 10 is set to a level. It comprises a level shift stage 20 for shifting, and an output stage 30 which is turned on / off complementarily by the output of the level shift stage 20.

【0005】差動増幅段10は、入力用のNチャネルM
OSトランジスタ(以下、「NMOS」という)13、
14と、定電流源用のNMOS15と、負荷用のPチャ
ネルMOSトランジスタ(以下、「PMOS」という)
16、17とによって構成されている。
The differential amplifier stage 10 has an input N-channel M
An OS transistor (hereinafter referred to as “NMOS”) 13,
14, a NMOS 15 for a constant current source, and a P-channel MOS transistor for a load (hereinafter, referred to as “PMOS”)
16 and 17.

【0006】レベルシフト段20は、高電位電源VDD
と低電位電源VSSとの間に直列接続されているNMO
S21と22とによって構成されている。
The level shift stage 20 has a high potential power supply VDD.
NMO connected in series between the low potential power supply VSS
It is constituted by S21 and S22.

【0007】出力段30は、高電位電源VDDと低電位
電源VSSとの間に直列接続されているPMOS31と
NMOS32とによって構成されている。
The output stage 30 includes a PMOS 31 and an NMOS 32 connected in series between a high potential power supply VDD and a low potential power supply VSS.

【0008】従来の演算増幅器111は、逆相入力端子
11に対して正相入力端子12に正の入力電圧が入力さ
れると、差動増幅段10が差動増幅し、その出力をレベ
ルシフト段20がレベルシフトした後、出力段30のP
MOS31がオン状態になる。このレベルシフト段20
の出力信号がトランジスタ31、32のゲートに印可さ
れ、NMOS32がオフ状態になり、出力段30のPM
OS31を介して、高電位電源VDDから出力端子33
へ出力電流が流れる。
In the conventional operational amplifier 111, when a positive input voltage is input to the positive-phase input terminal 12 with respect to the negative-phase input terminal 11, the differential amplifying stage 10 performs differential amplification, and level-shifts its output. After stage 20 has been level shifted, the output stage 30 P
MOS 31 is turned on. This level shift stage 20
Is applied to the gates of the transistors 31 and 32, the NMOS 32 is turned off, and the PM of the output stage 30
The output terminal 33 is supplied from the high potential power supply VDD via the OS 31.
Output current flows to

【0009】図9は、上記従来例におけるバイアス電圧
発生回路40を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a bias voltage generating circuit 40 in the conventional example.

【0010】バイアス回路40は、差動増幅段10の定
電流源用NMOS17のゲート電位に印加する電圧Vb
1を発生する回路であり、PMOS41と、NMOS4
2、43とによって構成されている。
The bias circuit 40 includes a voltage Vb applied to the gate potential of the constant current source NMOS 17 of the differential amplifier stage 10.
1, a PMOS 41 and an NMOS 4
2 and 43.

【0011】PMOS41のソースは、高電位電源VD
Dに接続され、PMOS41のゲートとドレインとは、
NMOS42のゲートとドレインとに接続されている。
NMOS43のドレインとゲートとは、共通してNMO
S42のソースに接続され、バイアス端子Vb1に接続
されている。
The source of the PMOS 41 is a high potential power supply VD
D, and the gate and drain of the PMOS 41 are
It is connected to the gate and drain of the NMOS.
The drain and gate of the NMOS 43 are commonly NMO
It is connected to the source of S42 and to the bias terminal Vb1.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】MOSトランジスタの
耐圧は、素子の微細化によって低下する。また、シリコ
ン・オン・インシュレータ構造上に演算増幅器を構成す
る場合、「寄生バイポーラ効果」と呼ばれる電流の異常
増加現象によって、素子の使用電圧範囲はさらに制限さ
れる。
The breakdown voltage of a MOS transistor is reduced by miniaturization of an element. When an operational amplifier is formed on a silicon-on-insulator structure, the operating voltage range of the element is further limited by an abnormal current increase phenomenon called a “parasitic bipolar effect”.

【0013】一方、電源電圧には規格値が存在するの
で、回路に印加する電源電圧を容易に低下させることは
できない。
On the other hand, since the power supply voltage has a standard value, the power supply voltage applied to the circuit cannot be easily reduced.

【0014】したがって、上記従来例において、微細ト
ランジスタで演算増幅器を構成すると、増幅器を構成す
るMOSトランジスタに印加される電圧が、そのMOS
トランジスタの耐圧よりも大きくなるという問題があ
る。特に、演算増幅器の出力段においては、出力電圧が
高電位電源と低電位電源との間で変化するので、MOS
トランジスタに印加される電圧が、そのトランジスタの
耐圧を越えるという問題が生じる。
Therefore, in the above-mentioned conventional example, when the operational amplifier is constituted by fine transistors, the voltage applied to the MOS transistor constituting the amplifier is reduced by the MOS transistor.
There is a problem that it becomes larger than the withstand voltage of the transistor. Particularly, in the output stage of the operational amplifier, since the output voltage changes between the high-potential power supply and the low-potential power supply,
There is a problem that the voltage applied to the transistor exceeds the withstand voltage of the transistor.

【0015】また、電源電圧が大きくなるにつれ、出力
段のみでなくレベルシフト段や、差動増幅段を構成する
各トランジスタに印加される電圧も耐圧を超えるという
問題がある。
Further, as the power supply voltage increases, not only the output stage but also the level shift stage and the voltage applied to each transistor constituting the differential amplifier stage exceed the withstand voltage.

【0016】本発明は、高電位電源と低電位電源との電
圧差が、単体MOSトランジスタの耐圧以上でも、演算
増幅器として使用可能である演算増幅器を提供すること
を目的とするものである。
An object of the present invention is to provide an operational amplifier that can be used as an operational amplifier even when the voltage difference between a high potential power supply and a low potential power supply is higher than the withstand voltage of a single MOS transistor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、差動増幅段
と、レベルシフト段と、出力段とを備える演算増幅器に
おいて、出力段における高電位電源側の駆動トランジス
タと出力端子との間に設けられている第1の電圧クラン
プ回路と、低電位電源側の駆動トランジスタと出力端子
との間に設けられている第2の電圧クランプ回路とを有
する演算増幅器である。
According to the present invention, there is provided an operational amplifier including a differential amplifier stage, a level shift stage, and an output stage, wherein a drive transistor on a high potential power supply side and an output terminal in the output stage are provided. An operational amplifier having a first voltage clamp circuit provided and a second voltage clamp circuit provided between a drive transistor on the low potential power supply side and an output terminal.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態および実施例】(第1実施例)図1
は、本発明の第1の実施例である演算増幅器101を示
す回路図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG.
1 is a circuit diagram showing an operational amplifier 101 according to a first embodiment of the present invention.

【0019】演算増幅器101は、CMOSで構成さ
れ、正相入力端子51と逆相入力端子52との入力電圧
差に応じた差動増幅を行い、ノードN1に出力する差動
増幅段50と、ノードN1上の電圧をシフトし、ノード
N2へ出力するレベルシフト段60と、ノードN1また
はN2によって駆動され、出力電圧を出力端子75へ出
力する出力段70とによって構成されている。
The operational amplifier 101 is composed of CMOS, performs differential amplification according to the input voltage difference between the positive-phase input terminal 51 and the negative-phase input terminal 52, and outputs a differential amplification stage 50 to the node N1. It comprises a level shift stage 60 that shifts the voltage on node N1 and outputs it to node N2, and an output stage 70 that is driven by node N1 or N2 and outputs an output voltage to output terminal 75.

【0020】差動増幅段50は、入力用のNMOS(N
チャネルMOSトランジスタ)53、54と、定電流源
用のNMOS57と、負荷用のPMOS(PチャネルM
OSトランジスタ)55、56とによって構成されてい
る。NMOS53のゲートは、正相入力端子51に接続
され、NMOS54のゲートが、逆相入力端子52に接
続されている。NMOS53、54の各ソースは、共通
してNMOS55のドレインに接続され、そのNMOS
57のゲートは、バイアス電圧Vb1に接続され、その
ソースは、低電位電源VSSに接続されている。NMO
S53、54の各ドレインは、PMOS56、57の各
ドレインに接続され、PMOS56、57の各ソース
が、高電位電源VDDに接続されている。PMOS5
6、57の各ゲートは、PMOS56のドレインに接続
され、PMOS57のドレインが、ノードN1に接続さ
れている。
The differential amplification stage 50 includes an input NMOS (N
Channel MOS transistors) 53 and 54, an NMOS 57 for a constant current source, and a PMOS (P-channel M
OS transistors) 55 and 56. The gate of the NMOS 53 is connected to the positive-phase input terminal 51, and the gate of the NMOS 54 is connected to the negative-phase input terminal 52. The sources of the NMOSs 53 and 54 are commonly connected to the drain of the NMOS 55,
The gate of 57 is connected to the bias voltage Vb1, and its source is connected to the low potential power supply VSS. NMO
The drains of S53 and S54 are connected to the drains of the PMOSs 56 and 57, and the sources of the PMOSs 56 and 57 are connected to the high potential power supply VDD. PMOS5
The gates 6 and 57 are connected to the drain of the PMOS 56, and the drain of the PMOS 57 is connected to the node N1.

【0021】ここで、図7に示すバイアス電圧発生回路
40によってバイアス電圧Vb1を発生するようにし、
バイアス電圧発生回路40を、演算増幅器101と同一
基板上に構成するようにしてもよい。
Here, the bias voltage Vb1 is generated by the bias voltage generation circuit 40 shown in FIG.
The bias voltage generation circuit 40 may be configured on the same substrate as the operational amplifier 101.

【0022】レベルシフト段60は、NMOS61とN
MOS62とを用いたレベルシフト回路によって構成さ
れている。NMOS61は、そのドレインが、高電位電
源VDDに接続され、そのゲートが、ノードN1に接続
され、そのソースが、ノードN2に接続されている。N
MOS62のドレインがノードN2に接続され、ゲート
がバイアス電圧Vb1に接続され、ソースが低電位電源
VSSに接続されている。
The level shift stage 60 includes an NMOS 61 and an N
A level shift circuit using the MOS 62 is provided. The NMOS 61 has a drain connected to the high potential power supply VDD, a gate connected to the node N1, and a source connected to the node N2. N
The drain of the MOS 62 is connected to the node N2, the gate is connected to the bias voltage Vb1, and the source is connected to the low potential power supply VSS.

【0023】出力段70は、ドライバとなるPMOS7
1、NMOS74と、クランプ回路72、73とによっ
て構成されている。PMOS71のソースが高電位電源
VDDに接続され、そのゲートがノードN1に接続さ
れ、そのドレインがクランプ回路72の高電位側に接続
されている。
The output stage 70 includes a PMOS 7 serving as a driver.
1, an NMOS 74 and clamp circuits 72 and 73. The source of the PMOS 71 is connected to the high potential power supply VDD, its gate is connected to the node N1, and its drain is connected to the high potential side of the clamp circuit 72.

【0024】また、クランプ回路72の低電位側とクラ
ンプ回路73の高電位側とが、共通して出力端子75に
接続されている。NMOS74のソースは、低電位電源
VSSに接続され、そのゲートはノードN2に接続さ
れ、そのドレインはNMOS73のソースに接続されて
いる。
The low potential side of the clamp circuit 72 and the high potential side of the clamp circuit 73 are commonly connected to the output terminal 75. The source of the NMOS 74 is connected to the low-potential power supply VSS, the gate is connected to the node N2, and the drain is connected to the source of the NMOS 73.

【0025】つまり、演算増幅器101は、差動増幅段
と、レベルシフト段と、出力段とを備える演算増幅器に
おいて、出力段における高電位電源側の駆動トランジス
タと出力端子との間に設けられている第1の電圧クラン
プ回路と、低電位電源側の駆動トランジスタと出力端子
との間に設けられている第2の電圧クランプ回路とを有
する演算増幅器である。
That is, the operational amplifier 101 is provided between the driving transistor on the high potential power supply side and the output terminal in the output stage in the operational amplifier including the differential amplifier stage, the level shift stage, and the output stage. An operational amplifier having a first voltage clamp circuit and a second voltage clamp circuit provided between a drive transistor on the low potential power supply side and an output terminal.

【0026】(第2実施例)図2は、本発明の第2の実
施例である演算増幅器102を示す回路図である。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a circuit diagram showing an operational amplifier 102 according to a second embodiment of the present invention.

【0027】演算増幅器102は、演算増幅器101に
おいて、その出力段のクランプ回路72,73として、
それぞれ、PMOS、NMOSを使用した回路である。
つまり、演算増幅器102は、差動増幅段50、レベル
シフト段60に関して、演算増幅器101と同様であ
り、演算増幅器101における出力段70の代わりに、
出力段70Aが設けられている出力段70Aは、ドライ
バとなるPMOS71、NMOS74と、クランプ回路
となるPMOS72、NMOS73とによって構成され
ている。PMOS71のソースが高電位電源VDDに接
続され、ゲートがノードN1に接続され、ドレインがP
MOS72のソースに接続されている。また、PMOS
72のゲートは、バイアス電圧Vb3を入力し、NMO
S73のゲートは、バイアス電圧Vb2を入力し、また
各ドレインが出力端子75に接続されている。NMOS
74のソースは低電位電源VSSに接続され、そのゲー
トはノードN2に接続され、ドレインはNMOS73の
ソースに接続されている。
The operational amplifier 102 is different from the operational amplifier 101 in that the output stage clamp circuits 72 and 73
These are circuits using PMOS and NMOS, respectively.
That is, the operational amplifier 102 is the same as the operational amplifier 101 with respect to the differential amplifier stage 50 and the level shift stage 60, and instead of the output stage 70 in the operational amplifier 101,
The output stage 70A provided with the output stage 70A includes a PMOS 71 and an NMOS 74 serving as a driver, and a PMOS 72 and an NMOS 73 serving as a clamp circuit. The source of the PMOS 71 is connected to the high potential power supply VDD, the gate is connected to the node N1, and the drain is
It is connected to the source of the MOS 72. Also, PMOS
The gate of the gate 72 receives the bias voltage Vb3 and receives the NMO
The gate of S73 receives the bias voltage Vb2, and each drain is connected to the output terminal 75. NMOS
The source of 74 is connected to the low-potential power supply VSS, the gate is connected to the node N2, and the drain is connected to the source of the NMOS 73.

【0028】次に、上記実施例である演算増幅器10
1、102の動作について説明する。
Next, the operational amplifier 10 of the above embodiment is described.
1 and 102 will be described.

【0029】図6は、演算増幅器101における各ノー
ドにおける電位波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing potential waveforms at each node in the operational amplifier 101.

【0030】逆相入力端子52に対して正の入力電圧
を、正相入力端子51に印加すると、差動増幅段50で
は、入力電圧と逆相で、入力電圧を増幅し、ノードN1
へ出力する。この出力信号を、レベルシフト段60にお
いてレベルシフトし、ノードN2に出力する。ノードN
2によって、出力段70AのNMOS74はOFF状態
になり、ノードN1によって出力段70AのPMOS7
1をON状態にする。
When a positive input voltage is applied to the negative-phase input terminal 52 to the positive-phase input terminal 51, the differential amplifier stage 50 amplifies the input voltage in the opposite phase to the input voltage, and
Output to This output signal is level-shifted in the level shift stage 60 and output to the node N2. Node N
2 turns off the NMOS 74 of the output stage 70A, and the node N1 causes the PMOS 74 of the output stage 70A to turn off.
1 is turned on.

【0031】これによって、PMOS71がOFFであ
ると、PMOS72のソースが「Vb3−Vtp」に保
持され、またNMOS74がOFFであると、NMOS
73のソースが、「Vb2−Vtn」に保持される。な
お、Vtpは、PMOSの閾値であり、Vtnは、NM
OSの閾値である。
As a result, when the PMOS 71 is OFF, the source of the PMOS 72 is held at “Vb3−Vtp”.
The source of 73 is held at “Vb2−Vtn”. Here, Vtp is a threshold value of the PMOS, and Vtn is NM.
OS threshold value.

【0032】したがって、PMOS71、PMOS7
2、NMOS73、NMOS74にかかる電圧は、それ
ぞれ、「VDD−(Vb3−Vtp)」、「(Vb2−
Vtp)−VSS」、「VDD−(Vb3−Vt
n)」、「(Vb2−Vtn)−VSS」である。
Therefore, the PMOS 71 and the PMOS 7
2. The voltages applied to the NMOS 73 and the NMOS 74 are “VDD− (Vb3-Vtp)” and “(Vb2-
Vtp) -VSS "," VDD- (Vb3-Vt)
n) "and" (Vb2-Vtn) -VSS ".

【0033】つまり、演算増幅回路102は、第1の電
圧クランプ回路として第1のPチャネルMOSトランジ
スタ72が使用され、第2の電圧クランプ回路として、
第1のNチャネルMOSトランジスタ73が使用され、
第1のPチャネルMOSトランジスタ72、第1のNチ
ャネルMOSトランジスタ73のゲート電圧を用いて、
電圧クランプを制御する演算増幅器である。
That is, the operational amplifier circuit 102 uses the first P-channel MOS transistor 72 as the first voltage clamp circuit, and uses the first voltage clamp circuit as the second voltage clamp circuit.
A first N-channel MOS transistor 73 is used,
Using the gate voltages of the first P-channel MOS transistor 72 and the first N-channel MOS transistor 73,
An operational amplifier that controls a voltage clamp.

【0034】(第3実施例)図3は、本発明の第3の実
施例である演算増幅器103を示す回路図である。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a circuit diagram showing an operational amplifier 103 according to a third embodiment of the present invention.

【0035】演算増幅器103は、演算増幅器102に
おいて、出力段のPMOS72のゲート端子とNMOS
73のゲート端子とを、バイアス電圧端子Vb2に共通
接続し、演算増幅器102からバイアス電圧端子Vb3
を削除した回路である。
The operational amplifier 103 is different from the operational amplifier 102 in that the gate terminal of the PMOS 72 in the output stage and the NMOS
73 and a gate terminal of the bias voltage terminal Vb3.
This is the circuit from which.

【0036】バイアス電圧Vb2は、高電位電源VDD
の電圧と低電位電源VSSの電圧との中間の電圧をと
り、PMOS72とNMOS73との閾値電圧Vtpよ
りもVtnを超える電圧であるとする。
The bias voltage Vb2 is the high potential power supply VDD.
And a voltage between the voltage of the low potential power supply VSS and the threshold voltage Vtp of the PMOS 72 and the NMOS 73 exceeds Vtn.

【0037】また、出力段70AのPMOS72、NM
OS73の各ゲートには、それぞれ閾値を超えるバイア
ス電圧Vb2が印加されている。これによって、PMO
S71がONであるときは、同時にPMOS72もON
である。
The PMOS 72, NM of the output stage 70A
A bias voltage Vb2 exceeding a threshold value is applied to each gate of the OS 73. This allows PMO
When S71 is ON, PMOS72 is also ON at the same time.
It is.

【0038】また、上記と同じ理由によって、NMOS
74がONである場合は、NMOS73も同時にONす
る。したがって、出力端子75での振幅は、従来例にお
ける振幅と同等の大きさを持つ。
For the same reason as described above, the NMOS
When 74 is ON, NMOS 73 is also turned ON at the same time. Therefore, the amplitude at the output terminal 75 has the same magnitude as the amplitude in the conventional example.

【0039】また、PMOS71がOFFであるとき
に、PMOS72のソースは、バイアス電圧Vb2とP
MOSの閾値電圧との和(Vb2−Vtp)に保持され
る。これと同じ理由によって、NMOS74がOFFで
あるときに、NMOS73のソースは、バイアス電圧V
b2とNMOSの閾値電圧Vtnとの和(Vb2−Vt
n)に保持される。
When the PMOS 71 is OFF, the source of the PMOS 72 is connected to the bias voltage Vb2 and the P
It is held at the sum (Vb2−Vtp) with the threshold voltage of the MOS. For the same reason, when the NMOS 74 is OFF, the source of the NMOS 73 is at the bias voltage V
b2 and the sum of NMOS threshold voltage Vtn (Vb2−Vt
n).

【0040】したがって、駆動するPMOS71に印加
される電圧は、「VDD−(Vb2−Vtp)」にな
り、NMOS74に印加される電圧は、「(Vb2−V
tn)−VSS」になり、また、PMOS72に印加さ
れる電圧は、「(Vb2−Vtp)−VSS」になり、
NMOS73に印加される電圧は、「VDD−(Vb2
−Vtn)」になる。これらが、トランジスタの耐圧以
下であれば、高電位電源と低電位電源との電圧差が耐圧
以上であっても、演算増幅器として使用可能になる。
Therefore, the voltage applied to the driving PMOS 71 is “VDD− (Vb2−Vtp)”, and the voltage applied to the NMOS 74 is “(Vb2-Vtp)”.
tn) −VSS, and the voltage applied to the PMOS 72 becomes “(Vb2−Vtp) −VSS”.
The voltage applied to the NMOS 73 is “VDD− (Vb2
−Vtn) ”. If these are lower than the withstand voltage of the transistor, they can be used as operational amplifiers even if the voltage difference between the high-potential power supply and the low-potential power supply is higher than the withstand voltage.

【0041】また、演算増幅器101、102におい
て、出力段における電圧振幅を、従来の演算増幅器11
1と同等に保つことができるので、その利得は、従来構
成における利得と同等である。
In the operational amplifiers 101 and 102, the voltage amplitude at the output stage is reduced by the conventional operational amplifier 11
Since it can be kept equal to 1, the gain is equal to the gain in the conventional configuration.

【0042】これらがトランジスタの耐圧以下であれ
ば、高電位電源と低電位電源の電圧差が耐圧以上でも、
演算増幅器として使用可能となる。また、演算増幅器1
03によれば、バイアス電圧用の端子またはバイアス電
圧の発生回路領域を削減することができる。
If these are lower than the breakdown voltage of the transistor, even if the voltage difference between the high potential power supply and the low potential power supply is higher than the breakdown voltage,
It can be used as an operational amplifier. The operational amplifier 1
According to 03, it is possible to reduce the number of terminals for the bias voltage or the circuit area for generating the bias voltage.

【0043】(第4実施例)図4は、本発明の第4の実
施例である演算増幅器104を示す回路図である.演算
増幅器104は、レベルシフト段60Aにおいて、その
高電位電源側とNMOS61との間にクランプ回路63
が設けられている。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a circuit diagram showing an operational amplifier 104 according to a fourth embodiment of the present invention. The operational amplifier 104 includes a clamp circuit 63 between the high potential power supply side and the NMOS 61 in the level shift stage 60A.
Is provided.

【0044】演算増幅器104は、演算増幅器に印加す
る電圧が、演算増幅器101、102、103よりも大
きくなった場合に有効なものである。
The operational amplifier 104 is effective when the voltage applied to the operational amplifier becomes higher than that of the operational amplifiers 101, 102 and 103.

【0045】つまり、演算増幅器101、102、10
3では、レベルシフト段60において、接続されている
NMOS61のソース−ドレインに印加される電圧は、
「VDD−V(N2)」であり、NMOS62のソース
−ドレインに印加される電圧は、「V(N2)−VS
S」である。なお、V(N2)は、ノードN2における
電位である。電位V(N2)の振幅によっては、トラン
ジスタの耐圧を超えることになる。そこで、演算増幅器
104では、出力段におけるクラプ回路とは別に、レベ
ルシフト段60Aにおいて、その高電位電源側とNMO
S61との間にクランプ回路63を配置している。
That is, the operational amplifiers 101, 102, 10
3, the voltage applied to the source-drain of the connected NMOS 61 in the level shift stage 60 is
The voltage applied to the source and the drain of the NMOS 62 is “VDD (V2) −VS (N2)”.
S ". Note that V (N2) is a potential at the node N2. Depending on the amplitude of the potential V (N2), the voltage exceeds the withstand voltage of the transistor. Therefore, in the operational amplifier 104, separately from the clamp circuit in the output stage, the high potential power supply side and the NMO
The clamp circuit 63 is disposed between the clamp circuit 63 and S61.

【0046】図7は、演算増幅器103のレベルシフト
段60における各ノードの電位を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the potential of each node in the level shift stage 60 of the operational amplifier 103.

【0047】レベルシフト段60A内にクランプ回路6
3を設けることによって、NMOS61の電圧スイング
は、高電位側で「VDD−Vx」までになる。よって、
NMOS62のソース−ドレイン間に印加される最大電
位差「VDD−Vx−VSS」が、NMOSの耐圧以下
となればよい。
The clamp circuit 6 is provided in the level shift stage 60A.
By providing 3, the voltage swing of the NMOS 61 reaches “VDD−Vx” on the high potential side. Therefore,
The maximum potential difference “VDD−Vx−VSS” applied between the source and the drain of the NMOS 62 may be equal to or less than the withstand voltage of the NMOS.

【0048】ここで、演算増幅器104におけるレベル
シフト段60Aでは、クランプ回路の例としてMOSト
ランジスタを用いているが、このようにする代わりに、
レベルシフト段60において、高電位電源側とNMOS
61との間に、PMOS63を設け、そのゲートとドレ
インとを共通にし、NMOS61のドレインに接続する
ようにしてもよい。このように、追加したダイオード接
続されたPMOS63によって電圧降下させ、ノードN
2の電位の振れ幅をNMOSトランジスタの耐圧以下に
抑制することができる。
Here, in the level shift stage 60A of the operational amplifier 104, a MOS transistor is used as an example of the clamp circuit.
In the level shift stage 60, the high potential power supply side and the NMOS
A PMOS 63 may be provided between the NMOS 61 and the NMOS 63, and the gate and the drain of the PMOS 63 may be made common and connected to the drain of the NMOS 61. As described above, the voltage is dropped by the added diode-connected PMOS 63, and the node N
2 can be suppressed below the withstand voltage of the NMOS transistor.

【0049】また、PMOS63の代わりに、NMOS
トランジスタを用いることも可能である。つまり、この
場合、ゲートとソースとをダイオード接続し、高電位電
源に接続し、ドレインをNMOS61のソースに接続す
ることによって、上記と同じ効果が得られる。
In place of the PMOS 63, an NMOS
It is also possible to use a transistor. That is, in this case, the same effect as described above can be obtained by connecting the gate and the source by diode, connecting to the high potential power supply, and connecting the drain to the source of the NMOS 61.

【0050】また、逆極性のレベルシフト段(つまり高
電位側に電位シフトさせるためのレベルシフト段)を構
成する場合は、低電位電源VSS側にクランプ回路をつ
けると、上記の場合と同じ理由で、耐圧問題を解決する
ことができる。
When a level shift stage of the opposite polarity (that is, a level shift stage for shifting the potential to the higher potential side) is formed, if a clamp circuit is provided on the lower potential power source VSS side, the same reason as in the above case can be obtained. Thus, the pressure resistance problem can be solved.

【0051】(第5実施例)図5は、本発明の第5の実
施例である演算増幅器105を示す回路図である。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 is a circuit diagram showing an operational amplifier 105 according to a fifth embodiment of the present invention.

【0052】演算増幅器105は、演算増幅器102に
おいて、レベルシフト段60の代わりに、PMOS63
を有するレベルシフト段60Aを設け、差動増幅段50
の代わりに、カレントミラー回路CMを有する差動増幅
段50Aを設け、レベルシフト段80を設けた回路であ
る。
The operational amplifier 105 differs from the operational amplifier 102 in that the PMOS 63
And a level shift stage 60A having
Is a circuit in which a differential amplification stage 50A having a current mirror circuit CM is provided and a level shift stage 80 is provided.

【0053】カレントミラー回路CMは、インピーダン
スが等しいクランプ用回路58、59を高電位電源側に
設け、差動増幅段50Aにおける電圧クランプを行う回
路である。また、レベルシフト段80は、差動増幅段5
0Aからの出力振幅を高電位側にシフトさせるために、
レベルシフト段60Aとは逆極性となるレベルシフト段
である。
The current mirror circuit CM is a circuit in which clamping circuits 58 and 59 having the same impedance are provided on the high potential power supply side to perform voltage clamping in the differential amplification stage 50A. Also, the level shift stage 80 includes the differential amplifier stage 5
To shift the output amplitude from 0A to the high potential side,
The level shift stage has a polarity opposite to that of the level shift stage 60A.

【0054】差動増幅段50Aにおいて、高電位電源V
DDにPMOS58、59のソースが接続され、また、
両ゲートは、共通であり(互いに接続され)、PMOS
58のドレインとPMOS56のソースとに接続され、
PMOS59のドレインがPMOS55のソースに接続
されている。また、差動増幅段50Aの出力となるノー
ドN1は、レベルシフト段60AのNMOS61のゲー
トと、レベルシフト段80のPMOS81のゲートとに
接続され、付加したレベルシフト段80の出力ノードN
3は、出力段70のPMOS71のゲートに接続されて
いる。
In the differential amplification stage 50A, the high potential power supply V
The sources of the PMOSs 58 and 59 are connected to DD, and
Both gates are common (connected to each other) and PMOS
58 is connected to the drain of the PMOS 56 and the source of the PMOS 56,
The drain of the PMOS 59 is connected to the source of the PMOS 55. Further, a node N1 serving as an output of the differential amplification stage 50A is connected to the gate of the NMOS 61 of the level shift stage 60A and the gate of the PMOS 81 of the level shift stage 80, and the output node N of the added level shift stage 80 is connected.
3 is connected to the gate of the PMOS 71 of the output stage 70.

【0055】PMOS58、59によって構成されてい
るカレントミラー回路CMを差動増幅段50に設けたこ
とによって、PMOS55、56のソースに印加される
電圧は、高電位電源VDDから電圧Vyだけ降下する。
By providing the current mirror circuit CM constituted by the PMOSs 58 and 59 in the differential amplifier stage 50, the voltage applied to the sources of the PMOSs 55 and 56 drops from the high potential power supply VDD by the voltage Vy.

【0056】これによって、ノードN1の電圧スイング
は制限され、差動増幅段50AにおけるNMOS55の
ソースドレイン耐圧を超えることを抑制することができ
る。
As a result, the voltage swing of the node N1 is limited, and the voltage swing of the NMOS 55 in the differential amplification stage 50A can be suppressed from exceeding the withstand voltage.

【0057】なお、電圧Vxの大きさは、NMOS74
のゲートが十分動作できる大きさに設定し、また、電圧
Vyの大きさは、大きすぎると、差動増幅段50が動作
できなくなり、小さすぎると、目的を達成できないの
で、電圧VxもVyもほぼ1V程度の大きさに設定す
る。
The magnitude of the voltage Vx depends on the NMOS 74
If the voltage Vy is too large, the differential amplifier stage 50 cannot operate. If the voltage Vy is too small, the purpose cannot be achieved. The size is set to about 1V.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1記載発明によれば、高電位電源
と低電位電源との電圧差が、単体MOSトランジスタの
耐圧以上でも、演算増幅器として使用可能であるという
効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention, there is an effect that the operational amplifier can be used even if the voltage difference between the high potential power supply and the low potential power supply is higher than the withstand voltage of the single MOS transistor.

【0059】請求項2記載発明によれば、クランプ回路
のMOSトランジスタを用いることによって、全てCM
OSで構成でき、集積化が容易になるという効果を奏す
る。
According to the second aspect of the present invention, all of the CMs
It can be constituted by an OS, and has an effect that integration is facilitated.

【0060】請求項3記載発明によれば、クランプ回路
の制御端子を削減でき、回路の占有面積を小さくするこ
とができるという効果を奏する。
According to the third aspect of the present invention, the number of control terminals of the clamp circuit can be reduced, and the area occupied by the circuit can be reduced.

【0061】請求項4記載発明によれば、請求項1記載
発明よりも高い電源電圧で動作させることが可能である
という効果を奏する。
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to operate at a higher power supply voltage than the first aspect of the invention.

【0062】請求項5記載発明によれば、請求項3記載
発明よりも高い電源電圧で動作させることが可能である
という効果を奏する。
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to operate at a higher power supply voltage than the third aspect of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例である演算増幅器101
を示す回路図である。
FIG. 1 shows an operational amplifier 101 according to a first embodiment of the present invention.
FIG.

【図2】本発明の第2の実施例である演算増幅器102
を示す回路図である。
FIG. 2 is an operational amplifier 102 according to a second embodiment of the present invention;
FIG.

【図3】本発明の第3の実施例である演算増幅器103
を示す回路図である。
FIG. 3 is an operational amplifier 103 according to a third embodiment of the present invention;
FIG.

【図4】本発明の第4の実施例である演算増幅器104
を示す回路図である.
FIG. 4 is an operational amplifier 104 according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG.

【図5】本発明の第5の実施例である演算増幅器105
を示す回路図である。
FIG. 5 shows an operational amplifier 105 according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG.

【図6】演算増幅器101における各ノードにおける電
位波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a potential waveform at each node in the operational amplifier 101.

【図7】演算増幅器103のレベルシフト段60におけ
る各ノードの電位を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing potentials at respective nodes in a level shift stage 60 of the operational amplifier 103.

【図8】従来の演算増幅器111を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional operational amplifier 111.

【図9】上記従来例におけるバイアス電圧発生回路40
を示す図である。
FIG. 9 shows a bias voltage generation circuit 40 according to the conventional example.
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101〜105…演算増幅器、 50、50A…差動増幅段、 60、60A、80…レベルシフト段、 63、72、73…クランプ回路、 70、70A、70B、70C…出力段、 CM…カレントミラー回路、 Vb1、Vb2、Vb3…バイアス電圧、 VSS…低電位電源、 VDD…高電位電源、 40…バイアス電圧発生回路。 101 to 105: operational amplifier, 50, 50A: differential amplification stage, 60, 60A, 80: level shift stage, 63, 72, 73: clamp circuit, 70, 70A, 70B, 70C: output stage, CM: current mirror Circuits, Vb1, Vb2, Vb3: bias voltage, VSS: low potential power supply, VDD: high potential power supply, 40: bias voltage generation circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋屋 正一 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5J091 AA01 AA18 AA47 CA00 CA91 CA92 FA01 HA10 HA17 HA19 KA02 KA06 KA09 KA12 KA18 KA21 MA22 TA06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shoichi Shimaya 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (reference) 5J091 AA01 AA18 AA47 CA00 CA91 CA92 FA01 HA10 HA17 HA19 KA02 KA06 KA09 KA12 KA18 KA21 MA22 TA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 差動増幅段と、レベルシフト段と、出力
段とを備える演算増幅器において、 上記出力段における高電位電源側の駆動トランジスタと
上記出力段の出力端子との間に設けられている第1の電
圧クランプ回路と;低電位電源側の駆動トランジスタと
上記出力端子との間に設けられている第2の電圧クラン
プ回路と;を有することを特徴とする演算増幅器。
1. An operational amplifier comprising a differential amplifier stage, a level shift stage, and an output stage, wherein the operational amplifier is provided between a drive transistor on a high potential power supply side in the output stage and an output terminal of the output stage. An operational amplifier, comprising: a first voltage clamp circuit; and a second voltage clamp circuit provided between the drive transistor on the low potential power supply side and the output terminal.
【請求項2】 請求項1において、 上記第1の電圧クランプ回路は、第1のPチャネルMO
Sトランジスタであり、 上記第2の電圧クランプ回路は、第1のNチャネルMO
Sトランジスタであり、 上記第1のPチャネルMOSトランジスタ、上記第1の
NチャネルMOSトランジスタのゲート電圧を用いて、
電圧クランプを制御することを特徴とする演算増幅器。
2. The method according to claim 1, wherein the first voltage clamp circuit comprises a first P-channel MO.
The second voltage clamp circuit is a first N-channel MO.
An S transistor, using the gate voltages of the first P-channel MOS transistor and the first N-channel MOS transistor,
An operational amplifier for controlling a voltage clamp.
【請求項3】 請求項2において、 上記第1のPチャネルMOSトランジスタのゲート端子
と上記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲート端
子とが互いに接続されていることを特徴とする演算増幅
器。
3. The operational amplifier according to claim 2, wherein a gate terminal of said first P-channel MOS transistor and a gate terminal of said first N-channel MOS transistor are connected to each other.
【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれか1項にお
いて、 上記レベルシフト段において、高電位電源と駆動Nチャ
ネルMOSトランジスタとの間に、クランプ手段が設け
られていることを特徴とする演算増幅器。
4. The level shift stage according to claim 1, wherein a clamp means is provided between the high-potential power supply and the driving N-channel MOS transistor in the level shift stage. Operational amplifier.
【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれか1項にお
いて、 上記差動増幅段における高電位電源側に、カレントミラ
ー回路が付加されていることを特徴とする演算増幅器。
5. The operational amplifier according to claim 1, wherein a current mirror circuit is added to a high potential power supply side in the differential amplification stage.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001127615A (en) * 1999-10-28 2001-05-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Division level logic circuit
US6903607B2 (en) 2002-07-24 2005-06-07 Yamaha Corporation Operational amplifier
US6911849B2 (en) 2002-05-31 2005-06-28 Oki Electric Industry Co., Ltd. Chopper type comparator having input voltage conversion circuit outputting converted input voltage lower than withstand voltage of inverter
US7123045B2 (en) 2003-09-10 2006-10-17 Rohm Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit device
JP2007004898A (en) * 2005-06-23 2007-01-11 Sony Corp Signal drive device and optical pickup device using the same
JP2007257104A (en) * 2006-03-22 2007-10-04 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Series regulator
CN109462336A (en) * 2018-12-26 2019-03-12 上海艾为电子技术股份有限公司 Voltage type PWM comparator and DC/DC converter
EP3923473A4 (en) * 2019-11-28 2022-06-15 Changxin Memory Technologies, Inc. Comparator
CN115085678A (en) * 2022-06-15 2022-09-20 圣邦微电子(北京)股份有限公司 Amplifier for reducing system offset

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001127615A (en) * 1999-10-28 2001-05-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Division level logic circuit
US6911849B2 (en) 2002-05-31 2005-06-28 Oki Electric Industry Co., Ltd. Chopper type comparator having input voltage conversion circuit outputting converted input voltage lower than withstand voltage of inverter
US6903607B2 (en) 2002-07-24 2005-06-07 Yamaha Corporation Operational amplifier
US7123045B2 (en) 2003-09-10 2006-10-17 Rohm Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit device
JP2007004898A (en) * 2005-06-23 2007-01-11 Sony Corp Signal drive device and optical pickup device using the same
US8031571B2 (en) 2005-06-23 2011-10-04 Sony Corporation Signal drive apparatus and optical pickup apparatus using the same
JP2007257104A (en) * 2006-03-22 2007-10-04 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Series regulator
CN109462336A (en) * 2018-12-26 2019-03-12 上海艾为电子技术股份有限公司 Voltage type PWM comparator and DC/DC converter
CN109462336B (en) * 2018-12-26 2024-02-27 上海艾为电子技术股份有限公司 Voltage type PWM comparator and DC/DC converter
EP3923473A4 (en) * 2019-11-28 2022-06-15 Changxin Memory Technologies, Inc. Comparator
CN115085678A (en) * 2022-06-15 2022-09-20 圣邦微电子(北京)股份有限公司 Amplifier for reducing system offset

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