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JP2002368557A - Operational amplifier circuit - Google Patents

Operational amplifier circuit

Info

Publication number
JP2002368557A
JP2002368557A JP2001174501A JP2001174501A JP2002368557A JP 2002368557 A JP2002368557 A JP 2002368557A JP 2001174501 A JP2001174501 A JP 2001174501A JP 2001174501 A JP2001174501 A JP 2001174501A JP 2002368557 A JP2002368557 A JP 2002368557A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
current mirror
pair
reference voltage
source
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.)
Withdrawn
Application number
JP2001174501A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Fukumoto
武 福本
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2001174501A priority Critical patent/JP2002368557A/en
Publication of JP2002368557A publication Critical patent/JP2002368557A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operational amplifier circuit having a wide input/output dynamic range. SOLUTION: A differential input stage 1 is constituted of a constant current source M2 and a differential input pair M3 and M4. An amplifying stage 2 consists of a cascode current mirror part 3 constituted of a p-channel MOS transistor, a cascode current mirror part 4 constituted of an n-channel MOS transistor, reference voltage sources M6, M8, M9 and M18, reference current sources M5, M7 and M19 and M1 and M20 which control the reference current sources. The drains of the transistor M3 and M4 are respectively connected to the drains of M14 and M15 of the amplifying stage, the drain node voltage of the input stage is made to be the minimum and an input dynamic range is extended to the maximum. The voltage between the drain and the source of each MOS transistor constituting the respective current mirror parts (3 and 4) is adopted as Vdsat being the minimum voltage value for saturation in the transistors and, then, the minimum value of the output dynamic range is made to down to 2 Vdsat.

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、オペアンプ回路に
関し、特に、入出力ダイナミックレンジを拡大するオペ
アンプ回路に関する。
The present invention relates to an operational amplifier circuit, and more particularly, to an operational amplifier circuit for expanding an input / output dynamic range.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSトランジスタを用いたオペアンプ
(opamp;operational amplifier)の回路構成として、
例えば文献1(1997年発行 アナログ インテグレ
ーテッド サーキット デザイン 、第3章、第6章
(ANALOG INTEGRATED CIRCUI
T DESIGN、Chapter3,6))等の記載
が参照される。上記文献1には、入力段の差動対の差動
出力をそれぞれ第1のカレントミラー回路(入力電流:
出力電流=1:K)、第2のカレントミラー回路(入力
電流:出力電流=1:1)で折り返し、第2、第1のカ
レントミラー回路の出力をそれぞれ入力とする第3のカ
レントミラー回路(入力電流:出力電流=1:K)を備
え、第1、第3のカレントミラー回路の出力端が出力端
子に接続されたカレントミラーオペアンプ、あるいはワ
イドスイングカスコードカレントミラーオペアンプ(wi
de swing cascode current mirror opamp)の構成
が開示されている。
2. Description of the Related Art As a circuit configuration of an operational amplifier (opamp) using a MOS transistor,
For example, reference 1 (Analog Integrated Circuit Design, Analog Integrated Circuit Design, published in 1997, Chapters 3 and 6)
References such as T DESIGN, Chapter 3, 6)) are referred to. In the above document 1, a differential output of a differential pair in an input stage is respectively supplied to a first current mirror circuit (input current:
Output current = 1: K), a third current mirror circuit which is turned back by the second current mirror circuit (input current: output current = 1: 1) and receives the outputs of the second and first current mirror circuits as inputs, respectively. (Input current: output current = 1: K), and a current mirror operational amplifier in which the output terminals of the first and third current mirror circuits are connected to an output terminal, or a wide swing cascode current mirror operational amplifier (wi)
A de swing cascode current mirror opamp configuration is disclosed.

【0003】また文献2(IEEE、CMOS CIR
CUIT DESIGN,LAYOUT,SIMULA
TION PARTIII CMOS Analog
Circuit、第656頁)には、ゲートが共通接続さ
れた二つのトランジスタを高位側電源と低位側電源間に
4段縦積みし、そのうち1段と2段目のトランジスタ対
は、ワイドスイングカスコードカレントミラー(wide
swing cascode current mirror)を構成し、入力段
差動対の出力が3段と4段目のトランジスタ対の接続点
に接続されている構成が開示されている。
[0003] Reference 2 (IEEE, CMOS CIR)
CUIT DESIGN, LAYOUT, SIMULA
TION PARTIII CMOS Analog
Circuit, p. 656), two transistors whose gates are connected in common are vertically stacked in four stages between a high-side power supply and a low-side power supply, and the transistor pair of the first and second stages has a wide swing cascode current. Mirror (wide
A configuration is disclosed in which a swing cascode current mirror is configured and an output of an input-stage differential pair is connected to a connection point of a third-stage and fourth-stage transistor pair.

【0004】MOSトランジスタを用い、カレントミラ
ーを負荷に用いた基本オペアンプ回路として、例えば図
5に示すような構成が知られている。図5を参照する
と、このオペアンプ回路は、ソースが高位側電源VDDに
接続され、ゲートにバイアス電圧Vbias1が印加され定
電流源を構成するp−チャネルMOSトランジスタMP
1と、ソースが共通接続されてトランジスタMP1のド
レインに接続され、ゲートに、信号入力端子VinP、Vi
nMからの差動電圧を入力し、入力段差動対を構成するp
−チャネルMOSトランジスタMP2、MP3と、差動
対トランジスタMP2、MP3のドレインと低位側電源
間に接続されカレントミラーを構成するn−チャネルM
OSトランジスタMN1、MN2(ドレインとゲートが
接続されたn−チャネルMOSトランジスタMN1が基
準電流入力側トランジスタであり、n−チャネルMOS
トランジスタMN2はミラー電流の出力側トランジスタ
である)とが入力段差動回路を構成しており、さらに、
高位側電源VDDにソースが接続され、ゲートが共通接続
され、カレントミラーを構成するp−チャネルMOSト
ランジスタMP4、MP5(ドレインとゲートが接続さ
れたp−チャネルMOSトランジスタMP4が基準電流
入力側トランジスタであり、p−チャネルMOSトラン
ジスタMP5はミラー電流の出力側トランジスタであ
る)と、ドレインがp−チャネルMOSトランジスタM
P4、MP5のドレインにそれぞれ接続され、ゲートが
共通接続されてバイアス電圧Vbias2が印加されるn−
チャネルMOSトランジスタMN3、MN4と、ドレイ
ンがn−チャネルMOSトランジスタMN3、MN4の
ソースにそれぞれ接続され、ソースが低位側電源に接続
され、ゲートが共通接続されるn−チャネルMOSトラ
ンジスタMN5、MN6と、を備え、n−チャネルMO
SトランジスタMN5のゲートとドレインが接続され、
MOSトランジスタMN5、MN6とはカレントミラー
を構成している。p−チャネルMOSトランジスタMP
2、MP3のドレインは、n−チャネルMOSトランジ
スタMN3、MN4のソースとn−チャネルMOSトラ
ンジスタMN5、MN6のドレインの接続点にそれぞれ
接続されている。この回路動作は概略以下の通りであ
る。
As a basic operational amplifier circuit using a MOS transistor and a current mirror as a load, for example, a configuration as shown in FIG. 5 is known. Referring to FIG. 5, this operational amplifier circuit has a p-channel MOS transistor MP having a source connected to a higher power supply VDD, a gate applied with a bias voltage Vbias1, and a constant current source.
1 and the source are connected in common and connected to the drain of the transistor MP1, and the gates are connected to the signal input terminals VinP and Vi.
Inputting a differential voltage from nM to form an input stage differential pair p
An n-channel M connected between the drains of the differential pair transistors MP2 and MP3 and the lower power supply and forming a current mirror;
OS transistors MN1 and MN2 (an n-channel MOS transistor MN1 having a drain and a gate connected is a reference current input side transistor, and an n-channel MOS transistor
The transistor MN2 is a mirror current output side transistor) and constitutes an input stage differential circuit.
The sources are connected to the higher power supply VDD, the gates are connected in common, and p-channel MOS transistors MP4 and MP5 forming a current mirror (the p-channel MOS transistor MP4 having a drain and a gate connected is a reference current input side transistor. The p-channel MOS transistor MP5 is a mirror current output side transistor) and the drain is a p-channel MOS transistor M5.
N- are connected to the drains of P4 and MP5, respectively, have their gates connected in common, and receive a bias voltage Vbias2.
Channel MOS transistors MN3 and MN4; n-channel MOS transistors MN5 and MN6 whose drains are connected to the sources of the n-channel MOS transistors MN3 and MN4, whose sources are connected to the lower power supply, and whose gates are commonly connected; And an n-channel MO
The gate and the drain of the S transistor MN5 are connected,
The MOS transistors MN5 and MN6 form a current mirror. p-channel MOS transistor MP
2. The drain of MP3 is connected to the connection point between the sources of the n-channel MOS transistors MN3 and MN4 and the drains of the n-channel MOS transistors MN5 and MN6, respectively. The operation of this circuit is roughly as follows.

【0005】端子VinPにV+ΔV、端子VinMにV−Δ
dVの信号電圧(差動入力電圧=2ΔV)が入力される
と、その電圧変動に応じて、差動対からは、その相互コ
ンダクタンスをgmとして、差動出力電流gm2ΔVの
電流が出力される。すなわち、p−チャネルMOSトラ
ンジスタMP2のゲート−ソース間電位が減少してドレ
イン電流は減少し、p−チャネルMOSトランジスタM
P3のゲート−ソース間電位は増大してドレイン電流は
増加する。この差動出力電流(MP2、MP3のドレイ
ン電流)の変動分をそれぞれ−ΔI、+ΔIとする。差
動対の出力差電流は、それぞれ、カレントミラーを構成
するn−チャネルMOSトランジスタMN5のドレイン
ノードとn−チャネルMOSトランジスタMN6のドレ
インノードに流れる。
V + ΔV is applied to the terminal VinP, and V−Δ is applied to the terminal VinM.
When a signal voltage of dV (differential input voltage = 2ΔV) is input, a differential output current gm2ΔV is output from the differential pair in accordance with the voltage fluctuation, with the mutual conductance as gm. In other words, the gate-source potential of p-channel MOS transistor MP2 decreases, the drain current decreases, and p-channel MOS transistor MP2
The gate-source potential of P3 increases, and the drain current increases. Variations of the differential output current (the drain currents of MP2 and MP3) are defined as -ΔI and + ΔI, respectively. The output difference current of the differential pair flows to the drain node of the n-channel MOS transistor MN5 and the drain node of the n-channel MOS transistor MN6 forming the current mirror, respectively.

【0006】差動対の出力における−ΔIと+ΔIの差
電流の発生で、n−チャネルMOSトランジスタMN5
とMN6のドレインに流れる電流量が変化する。n−チ
ャネルMOSトランジスタMN5では、−ΔIだけ、ド
レインノードへの電流の流入が減少し、n−チャネルM
OSトランジスタMN6では、+ΔIだけ、ドレインノ
ードへの電流の流入が増加し、このため、n−チャネル
MOSトランジスタMN6のドレイン電圧が変動する。
この結果、n−チャネルMOSトランジスタMN4のド
レインに接続されている出力端子Voutからは、入力信
号VinP、VinMの差電圧に応じた電圧振幅が出力され
る。
The generation of a difference current between -ΔI and + ΔI at the output of the differential pair causes an n-channel MOS transistor MN5
And the amount of current flowing to the drain of MN6 changes. In the n-channel MOS transistor MN5, the inflow of current into the drain node is reduced by -ΔI,
In the OS transistor MN6, the flow of current into the drain node increases by + ΔI, so that the drain voltage of the n-channel MOS transistor MN6 fluctuates.
As a result, a voltage amplitude corresponding to the difference voltage between the input signals VinP and VinM is output from the output terminal Vout connected to the drain of the n-channel MOS transistor MN4.

【0007】図6に示す回路は、図5のカレントミラー
回路の構成を変更したものであり、カスコードカレント
ミラー回路が用いられている。高位側電源VDDにソース
が続され、ゲートが共通接続されたp−チャネルMOS
トランジスタMP6、MP7と、ソースがp−チャネル
MOSトランジスタMP6、MP7のドレインにそれぞ
れ接続され、ゲートが共通接続されバイアス電圧Vbias
2が印加されるp−チャネルMOSトランジスタMP
4、MP5とを備え、p−チャネルMOSトランジスタ
MP6、MP7の共通接続されたゲートがp−チャネル
MOSトランジスタMP4のドレインに接続され、カス
コードカレントミラー回路を構成している。図6のカス
コードカレントミラーを備えたオペアンプとして、入力
段の差動対をn−チャネルMOSトランジスタで構成
し、ソースフォロワで出力する構成が、文献(IEE
E、CMOS CIRCUIT DESIGN,LAY
OUT,SIMULATION PARTIII CM
OS Analog Circuit)の第656頁の図2
5.43等に、フォールデッドカスコードオペアンプ(fold
edcascode opamp)として記載されている。
The circuit shown in FIG. 6 is a modified version of the current mirror circuit shown in FIG. 5, and uses a cascode current mirror circuit. P-channel MOS in which the source is connected to the higher power supply VDD and the gate is connected in common
The transistors MP6 and MP7 and the sources are respectively connected to the drains of the p-channel MOS transistors MP6 and MP7, the gates are commonly connected, and the bias voltage Vbias
2 is applied to the p-channel MOS transistor MP
4 and MP5, and the commonly connected gates of the p-channel MOS transistors MP6 and MP7 are connected to the drain of the p-channel MOS transistor MP4 to form a cascode current mirror circuit. As an operational amplifier having the cascode current mirror shown in FIG. 6, a configuration in which a differential pair in an input stage is configured by n-channel MOS transistors and output by a source follower is described in the literature (IEEE).
E, CMOS CIRCUIT DESIGN, LAY
OUT, SIMULATION PARTIII CM
FIG. 2 on page 656 of OS Analog Circuit
5.43 etc., folded cascode operational amplifier (fold
edcascode opamp).

【0008】しかしながら、図5、図6に示したカスコ
ードカレントミラー回路において、n−チャネルMOS
トランジスタMN6でMOSトランジスタの最低飽和電
圧Vdsatとし、n−チャネルMOSトランジスタMN4
で、Vdsat+Vthの電位差が発生するため、出力ダイナ
ミックレンジは、低電位側で、電圧値=2Vdsat+Vth
からしか確保できない。以下に説明する。
However, in the cascode current mirror circuit shown in FIGS.
The minimum saturation voltage Vdsat of the MOS transistor is set by the transistor MN6, and the n-channel MOS transistor MN4
Therefore, a potential difference of Vdsat + Vth is generated, so that the output dynamic range is a voltage value = 2Vdsat + Vth on the low potential side.
Can only be secured from. This will be described below.

【0009】MOSトランジスタはゲート電圧(ゲート
−ソース間電圧)が一定のとき、ドレイン電圧VDの特
定値Vdsatで最大値Idsatをとり、この点を電流制限特
性、すなわち飽和と呼ばれる特性の開始点である。MO
Sトランジスタが飽和領域で動作するには、そのドレイ
ン−ソース間電圧をVDSは、Vdsatよりも大でなければ
ならず、Vdsatは、ドレイン−ゲート間電圧VGS、しき
い値をVthとして、Vdsat=VGS−Vthで与えられる。
When the gate voltage (gate-source voltage) is constant, the MOS transistor takes a maximum value Idsat at a specific value Vdsat of the drain voltage VD, and this point is defined as a current limiting characteristic, that is, a starting point of a characteristic called saturation. is there. MO
In order for the S transistor to operate in the saturation region, the drain-source voltage VDS must be greater than Vdsat, and Vdsat is the drain-gate voltage VGS, the threshold value is Vth, and Vdsat = It is given by VGS-Vth.

【0010】トランジスタMN3のゲート電位VG3は、
VG3=VGS5(MN5のゲート−ソース電位)+VGS3
(MN3のゲート−ソース電位)であり、 VG3=2Vdsat+2Vth となる。トランジスタMN6のドレイン−ソース間電位
VDS6は VDS6=VG3−VGS4(MN6のゲート−ソース間電位) =VG3−(Vdsat+Vth) =Vdsat+Vth
The gate potential VG3 of the transistor MN3 is
VG3 = VGS5 (gate-source potential of MN5) + VGS3
(Gate-source potential of MN3), and VG3 = 2Vdsat + 2Vth. The potential VDS6 between the drain and source of the transistor MN6 is VDS6 = VG3-VGS4 (the potential between the gate and source of MN6) = VG3- (Vdsat + Vth) = Vdsat + Vth

【0011】したがって、出力端子電圧Vout(トラン
ジスタMN4のドレイン電圧)の最小値は、VDS6+Vd
sat=2Vdsat+Vthで与えられ、よって、 Vout>2Vdsat+Vth となる。
Therefore, the minimum value of the output terminal voltage Vout (the drain voltage of the transistor MN4) is VDS6 + Vd
It is given by sat = 2Vdsat + Vth, so that Vout> 2Vdsat + Vth.

【0012】一般に、MOSトランジスタのしきい値電
圧Vthは、Vdsatに比べて大きく、物理的に決まる値で
ある。その結果、カスコードカレントミラーを負荷に備
えたオペアンプは、出力ダイナミックレンジが大きくと
れない。
Generally, the threshold voltage Vth of a MOS transistor is larger than Vdsat and is a value that is physically determined. As a result, the operational amplifier having the cascode current mirror in the load cannot have a large output dynamic range.

【0013】さらに、入力ダイナミックレンジに関して
みると、端子VinP側で、n−チャネルMOSトランジ
スタMN1のドレイン−ソース間の電圧VDSは、Vdsat
+Vth以上とされ、このことから、入力ダイナミックレ
ンジの最小値は、0V以下にはできない。
Further, regarding the input dynamic range, the voltage VDS between the drain and the source of the n-channel MOS transistor MN1 on the terminal VinP side is Vdsat
Therefore, the minimum value of the input dynamic range cannot be set to 0 V or less.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
が解決しようとする課題は、広い入力ダイナミックレン
ジ、出力ダイナミックレンジが得られるオペアンプ回路
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an operational amplifier circuit capable of obtaining a wide input dynamic range and an output dynamic range.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段を提供する本発明は、その一つアスペクトにおい
て、第1及び第2の入力信号端子からの入力信号を差動
増幅して出力するMOSトランジスタよりなる差動対
と、前記差動対の出力信号を入力して増幅し、出力端子
から出力信号を出力する増幅段と、を含むオペアンプ回
路において、前記増幅段の前記出力端子と低位側電源間
に、ゲートが共通接続されたn−チャネルMOSトラン
ジスタ対を2段縦続接続し、2段目のn−チャネルMO
Sトランジスタ対の一のMOSトランジスタのドレイン
は前記出力端子に接続されており、前記2段縦続接続さ
れたn−チャネルMOSトランジスタ対のうち、少なく
とも2段目のn−チャネルMOSトランジスタ対が飽和
領域で動作するような参照電圧を、前記2段目のn−チ
ャネルMOSトランジスタ対の共通接続されたゲートに
与える参照電圧源を備えている。
According to one aspect of the present invention, there is provided a means for solving the above-mentioned problems, in which an input signal from a first and a second input signal terminal is differentially amplified and output. An operational amplifier circuit comprising: a differential pair of MOS transistors to perform an input and amplify an output signal of the differential pair and outputting an output signal from an output terminal; An n-channel MOS transistor pair whose gates are connected in common is cascaded in two stages between the lower power supplies, and an n-channel
The drain of one MOS transistor of the S transistor pair is connected to the output terminal, and at least the second-stage n-channel MOS transistor pair of the two-stage cascade-connected n-channel MOS transistor pair is in a saturation region. And a reference voltage source for applying a reference voltage such as to operate to the commonly connected gates of the pair of n-channel MOS transistors in the second stage.

【0016】本発明は、定電流源と、前記定電流源で駆
動され第1及び第2の入力信号端子からの入力信号を差
動増幅して出力するMOSトランジスタ対よりなる差動
対と、前記差動対の出力信号を入力して増幅し、前記出
力端子から出力信号を出力する増幅段と、を含むオペア
ンプ回路において、低位側電源と前記出力端子間に、ゲ
ートが共通接続されたn−チャネルMOSトランジスタ
対を2段縦続接続し、1段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対の共通接続されたゲートが、2段目のn−チ
ャネルMOSトランジスタ対の一のMOSトランジスタ
のドレインに接続されており、2段目のMOSトランジ
スタ対の他のMOSトランジスタのドレインが前記出力
端子に接続されてなる第1のカスコードカレントミラー
回路を有し、前記第1のカスコードカレントミラー回路
の少なくとも前記2段目のn−チャネルMOSトランジ
スタ対が飽和領域で動作するような参照電圧を、前記2
段目のn−チャネルMOSトランジスタ対の共通接続さ
れたゲートに与える第1の参照電圧源を備えている。
According to the present invention, there is provided a differential pair comprising a constant current source and a MOS transistor pair driven by the constant current source and differentially amplifying and outputting an input signal from first and second input signal terminals. And an amplifying stage that receives and amplifies the output signal of the differential pair and outputs an output signal from the output terminal. A two-stage cascade connection of a pair of channel MOS transistors, and a commonly connected gate of the first-stage n-channel MOS transistor pair is connected to the drain of one MOS transistor of the second-stage n-channel MOS transistor pair And a first cascode current mirror circuit in which the drains of the other MOS transistors of the second-stage MOS transistor pair are connected to the output terminal. A reference voltage such that at least the second stage of the n- channel MOS transistor pair of the first cascode current mirror circuit operates in a saturation region, the 2
A first reference voltage source is provided to the commonly connected gates of the n-channel MOS transistor pair at the stage.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明は、その好ましい一実施の形態において、
第1及び第2の入力信号端子(VinP、VinM)からの入
力信号を差動増幅して出力するMOSトランジスタより
なる差動対(図1、図3、図4のM3、M4)と、差動
対(図1、図3、図4のM3、M4)の出力信号を入力
して増幅し、出力端子から出力信号を出力する増幅段
と、を含むオペアンプ回路において、前記増幅段の前記
出力端子と低位側電源間に、ゲートが共通接続されたn
−チャネルMOSトランジスタ対を2段縦続接続し(図
1、図3、図4のM14、M15と、M16、M1
7)、2段目のn−チャネルMOSトランジスタ対(M
14、M15)の一のMOSトランジスタ(M15)の
ドレインは前記出力端子(Vout)に接続されており、前
記2段縦続接続されたn−チャネルMOSトランジスタ
対のうち、少なくとも2段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対(M14、M15)が飽和領域で動作するよ
うな参照電圧を、前記2段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対の共通接続されたゲートに与える参照電圧源
(図1のM9,M8,図3、図4のM6)を備えている
Embodiments of the present invention will be described. The present invention, in one of its preferred embodiments,
A differential pair (M3, M4 in FIGS. 1, 3, and 4) composed of MOS transistors for differentially amplifying and outputting input signals from the first and second input signal terminals (VinP, VinM), and And an amplification stage that receives and amplifies an output signal of a dynamic pair (M3 and M4 in FIGS. 1, 3, and 4) and outputs an output signal from an output terminal. N whose gate is connected in common between the terminal and the lower power supply
-Channel MOS transistor pairs are cascaded in two stages (M14, M15, M16, M1 in FIGS. 1, 3, and 4).
7) The second stage n-channel MOS transistor pair (M
14, M15) has a drain connected to the output terminal (Vout), and at least a second stage n-channel MOS transistor pair of the two-stage cascade-connected n-channel MOS transistor pair. A reference voltage source (M9, M8 in FIG. 1) for applying a reference voltage such that the channel MOS transistor pair (M14, M15) operates in the saturation region to the commonly connected gates of the second stage n-channel MOS transistor pair. , M3 of FIGS. 3 and 4)

【0018】より詳細には、第1、第2の入力端子(V
inP、VinM)からの信号を差動入力とし、定電流源(M
2)で駆動される、第1導電型のMOSトランジスタ
(M3、M4)対よりなる差動対を備え、第1の電源
(VDD)と第2の電源(VSS)間に縦積みに配置され、
それぞれがゲートが接続された第1導電型のMOSトラ
ンジスタ対(M10とM11、M12とM13)をカス
コード接続してなる第1のカスコードカレントミラー部
(3)と、それぞれが第2導電型のMOSトランジスタ
対(M14とM15、M16とM17)をカスコード接
続してなる第2のカスコードカレントミラー部(4)
と、を備えている。第1のカスコードカレントミラー部
(3)のMOSトランジスタ対(M10とM11、M1
2とM13)を第1、第2のカレントミラー回路とい
い、第2のカスコードカレントミラー部(4)のMOS
トランジスタ対(M14とM15、M16とM17)を
第3、第4のカレントミラー回路という。
More specifically, first and second input terminals (V
inP, VinM) as a differential input and a constant current source (M
A differential pair consisting of a pair of first conductivity type MOS transistors (M3, M4) driven by 2), and arranged vertically between a first power supply (VDD) and a second power supply (VSS); ,
A first cascode current mirror unit (3) formed by cascode-connecting a first conductivity type MOS transistor pair (M10 and M11, M12 and M13) each having a gate connected thereto, and a second conductivity type MOS transistor, respectively; A second cascode current mirror unit (4) in which transistor pairs (M14 and M15, M16 and M17) are cascode-connected.
And The MOS transistor pair (M10, M11, M1) of the first cascode current mirror unit (3)
2 and M13) are referred to as first and second current mirror circuits, and the MOS of the second cascode current mirror unit (4)
The transistor pairs (M14 and M15, M16 and M17) are called third and fourth current mirror circuits.

【0019】差動対のMOSトランジスタ(M3、M
4)対の出力ノードは、第2のカスコードカレントミラ
ー部(4)のカレントミラー回路(M14とM15)と
カレントミラー回路(M16とM17)の接続点にそれ
ぞれ接続され、第1のカスコードカレントミラー部
(3)のカレントミラー回路(M12とM13)の出力
ノードと前記第2のカスコードカレントミラー部の第3
のカレントミラー回路(M14とM15)との出力ノー
ドとの接続点が出力端子(Vout)に接続され、第1、
及び第2のカスコードカレントミラー部(3、4)のカ
レントミラー回路(M12とM13)、(M16とM1
7)にそれぞれ参照電圧を供給する参照電圧源(図4の
M18、M6)を備えている。
The differential pair of MOS transistors (M3, M
4) The pair of output nodes are connected to the connection points of the current mirror circuits (M14 and M15) and the current mirror circuits (M16 and M17) of the second cascode current mirror unit (4), respectively, and the first cascode current mirror The output node of the current mirror circuit (M12 and M13) of the section (3) and the third node of the second cascode current mirror section.
Of the current mirror circuit (M14 and M15) are connected to the output terminal (Vout).
And the current mirror circuits (M12 and M13) of the second cascode current mirror section (3, 4), (M16 and M1
7) are provided with reference voltage sources (M18 and M6 in FIG. 4) for supplying reference voltages, respectively.

【0020】参照電圧源は、第2のカスコードカレント
ミラー部(4)の第1、第2のカレントミラー回路を構
成するMOSトランジスタを飽和領域で動作させる参照
電圧を与える。
The reference voltage source supplies a reference voltage for operating the MOS transistors constituting the first and second current mirror circuits of the second cascode current mirror section (4) in a saturation region.

【0021】第1のカスコードカレントミラー部(3)
の第2のカレントミラー回路(M12とM13)の共通
ゲートに参照電圧を与える、第1導電型のMOSトラン
ジスタよりなる、第1の参照電圧源(図1、図3、図4
のM18)と、第2のカスコードカレントミラー部の第
4のカレントミラー回路(M16とM17)の共通ゲー
トに参照電圧を与える、第2導電型のMOSトランジス
タよりなる、第2の参照電圧源(図1のM8、M9、図
3、図4のM6)と、前記第1の参照電圧源に参照電流
を供給する、第2導電型のMOSトランジスタよりな
る、第1の参照電流源(図1、図3、図4のM19)
と、前記第2の参照電圧源に参照電流を供給する、第1
導電型のMOSトランジスタよりなる、第2の参照電流
源(図1のM7、図3、図4のM5)と、を備えてい
る。
First cascode current mirror unit (3)
A first reference voltage source (FIGS. 1, 3 and 4) comprising a MOS transistor of the first conductivity type for applying a reference voltage to the common gate of the second current mirror circuit (M12 and M13)
M18) and a second reference voltage source (a MOS transistor of the second conductivity type) that applies a reference voltage to a common gate of the fourth current mirror circuit (M16 and M17) of the second cascode current mirror unit. A first reference current source (M8 and M9 in FIG. 1, M6 in FIGS. 3 and 4) and a second conductivity type MOS transistor for supplying a reference current to the first reference voltage source (FIG. 1). M19 in FIGS. 3 and 4)
Supplying a reference current to the second reference voltage source;
A second reference current source (M7 in FIG. 1, M5 in FIGS. 3 and 4) composed of a conductive type MOS transistor.

【0022】この実施の形態においては、第1のカスコ
ードカレントミラー部(3)の第2のカレントミラー回
路(M12とM13)の共通ゲートに参照電圧を与え
る、第1導電型のMOSトランジスタよりなる、第1の
参照電圧源(図1のM18)と、第2のカスコードカレ
ントミラー部の第3のカレントミラー回路(M14とM
15)の共通ゲートに参照電圧を与える、第2導電型の
MOSトランジスタよりなる、第2の参照電圧源(図1
のM6)と、第2のカスコードカレントミラー部の第
3、第4のカレントミラー回路(M16とM17)の共
通ゲートに参照電圧を与える、第2導電型のMOSトラ
ンジスタよりなる、第2、第3の参照電圧源(図1のM
8、M9)と、前記第1の参照電圧源に参照電流を供給
する、第2導電型のMOSトランジスタよりなる、第1
の参照電流源(M19)と、前記第2、第3の参照電圧
源に参照電流を供給する、第1導電型のMOSトランジ
スタよりなる、第2、第3の参照電流源(M5、M7)
と、を備えている。
In this embodiment, the first cascode current mirror section (3) comprises a first conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to a common gate of the second current mirror circuit (M12 and M13). , The first reference voltage source (M18 in FIG. 1), and the third current mirror circuit (M14 and M14) of the second cascode current mirror unit.
15) A second reference voltage source (FIG. 1) comprising a second conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to the common gate.
M6) and a second and a second MOS transistors of the second conductivity type that apply a reference voltage to a common gate of the third and fourth current mirror circuits (M16 and M17) of the second cascode current mirror unit. 3 reference voltage sources (M in FIG. 1)
8, M9) and a second conductivity type MOS transistor for supplying a reference current to the first reference voltage source.
Reference current source (M19), and second and third reference current sources (M5, M7) comprising first conductivity type MOS transistors for supplying a reference current to the second and third reference voltage sources.
And

【0023】この実施の形態においては、第1の参照電
流源を構成する第2導電型のMOSトランジスタ(図
3、図4のM19)と、前記第2の参照電流源を構成す
る第1導電型のMOSトランジスタ(図3、図4のM
5)と、に対してそれぞれゲート電圧を供給する、第
1、第2の制御回路(M20、M1)を、前記第1の電
源と第2の電源間に直列に備えている。
In this embodiment, a second conductivity type MOS transistor (M19 in FIGS. 3 and 4) constituting a first reference current source and a first conductivity type MOS transistor constituting the second reference current source are provided. Type MOS transistor (M in FIGS. 3 and 4)
5) and first and second control circuits (M20, M1) for supplying a gate voltage to the first power supply and the second power supply, respectively, are provided in series between the first power supply and the second power supply.

【0024】この実施の形態において、参照電圧源とし
ては、前記第1のカスコードカレントミラー部の第2の
カレントミラー回路の共通ゲートに参照電圧を与える、
第1導電型のMOSトランジスタよりなる、第1の参照
電圧源と、前記第2のカスコードカレントミラー部の第
3、第4のカレントミラー回路の共通ゲートに参照電圧
を与える、第2導電型のMOSトランジスタよりなる、
第2、第3の参照電圧源と、前記第1の参照電圧源に参
照電流を供給する、第2導電型のMOSトランジスタよ
りなる、第1の参照電流源と、前記第2、第3の参照電
圧源に参照電流を供給する、第1導電型のMOSトラン
ジスタよりなる、第2、第3の参照電流源と、を備え
る。
In this embodiment, as a reference voltage source, a reference voltage is applied to a common gate of a second current mirror circuit of the first cascode current mirror section.
A second conductivity type MOS transistor of a first conductivity type, which applies a reference voltage to a first reference voltage source and a common gate of the third and fourth current mirror circuits of the second cascode current mirror unit. Consisting of MOS transistors,
A first reference current source comprising second and third reference voltage sources, a second conductivity type MOS transistor for supplying a reference current to the first reference voltage source, and the second and third reference voltage sources; And a second and third reference current source, which comprises a first conductivity type MOS transistor and supplies a reference current to the reference voltage source.

【0025】この実施の形態においては、前記第1の参
照電流源を構成する第2導電型のMOSトランジスタ
(M19)と、前記第2、第3の参照電流源を構成する
第1導電型のMOSトランジスタ(M5、M7)に対し
てそれぞれゲート電圧を供給する、第1、第2の制御回
路(M20、M1)を、第1電源と第2電源間に直列に
備えている。
In this embodiment, a second conductivity type MOS transistor (M19) constituting the first reference current source and a first conductivity type MOS transistor constituting the second and third reference current sources are provided. First and second control circuits (M20, M1) for supplying gate voltages to the MOS transistors (M5, M7) are provided in series between the first power supply and the second power supply.

【0026】第1の制御回路は、ソースが第1の電源に
接続され、ゲートが定電流源(M2)に供給されるバイ
アス電圧(Vref)が供給される第1導電型のMOSト
ランジスタ(M1)よりなり、第2の制御回路がドレイ
ンとゲートが接続されて第1の制御回路の第1導電型の
MOSトランジスタのドレインに接続され、ソースが第
2の電源に接続された第2導電型のMOSトランジスタ
(M20)よりなる。
The first control circuit has a first conductivity type MOS transistor (M1) having a source connected to the first power supply and a gate supplied with a bias voltage (Vref) supplied to the constant current source (M2). ), The second control circuit is connected to the drain and gate of the first control circuit, is connected to the drain of the MOS transistor of the first conductivity type of the first control circuit, and has the source connected to the second power supply. MOS transistor (M20).

【0027】この実施の形態において、前記第2の参照
電圧源は、ダイオード接続され、ゲートが前記第2のカ
スコードカレントミラー部の第3のカレントミラー回路
を構成するMOSトランジスタ対(M14、M15)の
共通ゲートがゲートに接続され、ソースが第2の電源に
接続され、ドレインが前記第2の参照電流源に接続され
た第2導電型のMOSトランジスタ(M6)からなり、
第3の参照電圧源が、前記第2のカスコードカレントミ
ラー部の第4のカレントミラー回路を構成するMOSト
ランジスタ対(M16、M17)の共通ゲートがゲート
に接続され、ソースが第2の電源に接続された第2導電
型の第1のMOSトランジスタ(M9)と、第2導電型
の前記第1のMOSトランジスタ(M9)のドレインに
ソースが接続され、ドレインが前記第2のカスコードカ
レントミラー部の第3のカレントミラー回路を構成する
MOSトランジスタ対(M14、M15)の共通ゲート
に接続され、ゲートが第2導電型の前記第1のMOSト
ランジスタ(M9)のゲートに接続された第2導電型の
第2のMOSトランジスタ(M8)よりなり、第2導電
型の第2のMOSトランジスタのドレインは、第3の参
照電流源(M7)に接続されている。
In this embodiment, the second reference voltage source is diode-connected, and a MOS transistor pair (M14, M15) whose gate constitutes a third current mirror circuit of the second cascode current mirror unit. A second conductivity type MOS transistor (M6) having a common gate connected to the gate, a source connected to the second power supply, and a drain connected to the second reference current source,
A third reference voltage source has a common gate connected to the gate of the MOS transistor pair (M16, M17) constituting the fourth current mirror circuit of the second cascode current mirror unit, and the source is connected to the second power supply. A source is connected to the connected second conductivity type first MOS transistor (M9) and the drain of the second conductivity type first MOS transistor (M9), and the drain is the second cascode current mirror unit. Of the MOS transistor pair (M14, M15) forming the third current mirror circuit of the second type, and the gate is connected to the gate of the first MOS transistor (M9) of the second conductivity type. The second MOS transistor of the second conductivity type has a drain connected to a third reference current source (M7). It is connected.

【0028】第2のカスコードカレントミラー部の第4
のカレントミラー回路の第2導電型のMOSトランジス
タ(M16とM17)の共通ゲートには、前記第4のカ
レントミラー回路を構成する第2導電型のMOSトラン
ジスタが飽和領域で動作するような参照電圧が与えられ
る、ものである。第2のカスコードカレントミラー部の
第3のカレントミラー回路の第2導電型のMOSトラン
ジスタ(M14とM15)の共通ゲートには、前記第4
のカレントミラー回路を構成する前記第2導電型のMO
Sトランジスタが飽和領域で動作するような参照電圧か
ら与える、ものである。
The fourth cascode current mirror section of the second
The common gate of the second conductivity type MOS transistors (M16 and M17) of the current mirror circuit of (1) is provided with a reference voltage such that the second conductivity type MOS transistor of the fourth current mirror circuit operates in a saturation region. Is given. The common gate of the second conductivity type MOS transistors (M14 and M15) of the third current mirror circuit of the second cascode current mirror unit is connected to the fourth gate.
Of the second conductivity type constituting the current mirror circuit of FIG.
This is provided from a reference voltage such that the S transistor operates in a saturation region.

【0029】本発明の概要及びその動作原理について説
明する。本発明は、増幅段に、カスコード接続されたカ
レントミラー回路からなる負荷を有し、バイアス電源を
最適とすることで、広い入力ダイナミックレンジ、出力
ダイナミックレンジが得られる回路を提供している。す
なわち、最大の入出力ダイナミックレンジを実現する回
路として、図1を参照すると、差動入力段(1)と増幅
段(2)から構成される。差動入力段(1)は、電源
(VDD)と、定電流源(M2)と入力段の、第1導電型
のトランジスタ対よりなる差動対(M3、M4)からな
る。
The outline of the present invention and its operating principle will be described. The present invention provides a circuit having a load composed of a cascode-connected current mirror circuit in an amplification stage, and obtaining a wide input dynamic range and an output dynamic range by optimizing a bias power supply. That is, as shown in FIG. 1, a circuit for realizing the maximum input / output dynamic range includes a differential input stage (1) and an amplification stage (2). The differential input stage (1) comprises a power supply (VDD), a constant current source (M2), and a differential pair (M3, M4) composed of a pair of transistors of the first conductivity type of the input stage.

【0030】増幅段(2)は、第1導電型のMOSトラ
ンジスタで構成されるカレントミラー回路を2段に縦続
接続(縦積み)してなる第1のカスコードカレントミラ
ー部(3)(トランジスタM10、M11と、トランジ
スタM12、M13の二段)と、第2導電型のMOSト
ランジスタで構成されるカレントミラー回路を二段に縦
属接続(縦積み)してなる第2のカスコードカレントミ
ラー部(4)(トランジスタM14、M15と、トラン
ジスタM16、M17の二段)と、第1のカスコードカ
レントミラー部(3)に、参照電圧(reference volta
ge)を与える参照電圧源(reference voltage sourc
e)をなすトランジスタ(M18)と、参照電圧源(ト
ランジスタM18)に対して参照電流(reference cur
rent)を与える参照電流源(reference current sourc
e)をなすトランジスタM19と、第2のカスコードカ
レントミラー部(4)に参照電圧(バイアス)を与える
参照電圧源をなすトランジスタ群(M6、M8、M9)
と、参照電圧源(M6、M8、M9)に参照電流を与え
る参照電流源をなすトランジスタ(M5、M7)と、参
照電流源を制御するトランジスタ(M1、M20)とを
備えている。
The amplification stage (2) includes a first cascode current mirror unit (3) (transistor M10) formed by cascade-connecting (cascading) a current mirror circuit composed of MOS transistors of the first conductivity type in two stages. , M11 and two stages of transistors M12 and M13) and a current mirror circuit composed of MOS transistors of the second conductivity type in a cascade connection (cascade) in two stages. 4) (Two stages of transistors M14 and M15 and transistors M16 and M17) and the first cascode current mirror unit (3) are provided with a reference voltage (reference voltage).
ge) reference voltage source
e) and a reference current (reference curl) to a reference voltage source (transistor M18).
rent) reference current source
e) and a transistor group (M6, M8, M9) serving as a reference voltage source for applying a reference voltage (bias) to the second cascode current mirror unit (4).
And transistors (M5, M7) serving as reference current sources for supplying a reference current to the reference voltage sources (M6, M8, M9), and transistors (M1, M20) for controlling the reference current sources.

【0031】入力段(1)の差動対トランジスタ(M
3、M4)の出力ノードは、増幅段の第2のカスコード
カレントミラー部(4)の二段のトランジスタ(M1
4、M15)とトランジスタ(M16、M17)の接続
点(中段)にそれぞれ接続されている。
The differential pair transistor (M) of the input stage (1)
3, M4) is connected to the two-stage transistor (M1) of the second cascode current mirror unit (4) of the amplification stage.
4, M15) and transistors (M16, M17) (middle stages).

【0032】このように、入力段(1)の差動対トラン
ジスタ(M3、M4)のドレインノードを増幅段の第2
のカスコードカレントミラー部(4)の中段に接続する
ことにより、入力段の差動対トランジスタ(M3、M
4)のドレインノード電圧を、最小にすることができ
る。すなわち、入力ダイナミックレンジを最大まで拡張
できる。
As described above, the drain nodes of the differential pair transistors (M3, M4) of the input stage (1) are connected to the second stage of the amplification stage.
Of the input stage differential pair transistors (M3, M3)
4) The drain node voltage can be minimized. That is, the input dynamic range can be extended to the maximum.

【0033】また、出力に関しても、各参照電圧源を構
成するトランジスタ(M5、M6、M8、M9、M1
8)を最適なチャネル形状(寸法)にすることにより、
第1のカレントミラー部(3)と第2のカレントミラー
部(4)を構成している各MOSトランジスタのドレイ
ン−ソース間電圧VDSを、トランジスタが飽和する最低
の電圧Vdsatにすることができる。その結果、出力ダイ
ナミックレンジの最小値は、2×Vdsatから、動作可能
となる。
As for the output, the transistors (M5, M6, M8, M9, M1) constituting each reference voltage source
By making 8) the optimal channel shape (dimension),
The drain-source voltage VDS of each MOS transistor constituting the first current mirror section (3) and the second current mirror section (4) can be set to the minimum voltage Vdsat at which the transistors are saturated. As a result, the minimum value of the output dynamic range becomes operable from 2 × Vdsat.

【0034】[0034]

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例の構成を示す図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

【0035】図1を参照すると、ソースが高位側電源V
DDに接続されゲートが基準電圧Vrefに接続され定電流
源をなすp−チャネルMOSトランジスタM2と、ソー
スが共通接続され、ゲートが信号入力端子VinP、VinM
にそれぞれ接続されたp−チャネルMOSトランジスタ
M3、M4は入力段1の差動対を構成している。
Referring to FIG. 1, the source is the higher power supply V
A source is commonly connected to a p-channel MOS transistor M2 which is connected to DD and has a gate connected to a reference voltage Vref to form a constant current source, and has sources connected to signal input terminals VinP and VinM.
P-channel MOS transistors M3 and M4 respectively connected to the input stage 1 constitute a differential pair.

【0036】ソースが、高位側電源VDDに接続されゲー
トが基準電圧Vrefに接続されたp−チャネルMOSト
ランジスタM1、M5、M7と、ドレインとゲートがp
−チャネルMOSトランジスタM1、M5のドレインに
それぞれ接続されたn−チャネルMOSトランジスタM
20、M6、M8とを備え、n−チャネルMOSトラン
ジスタM20、M6のソースは低位側電源VSSに接続さ
れており、n−チャネルMOSトランジスタM8のソー
スは、n−チャネルMOSトランジスタM9のドレイン
に接続されており、n−チャネルMOSトランジスタM
9のソースは低位側電源VSSに接続されている。
The p-channel MOS transistors M1, M5 and M7 whose sources are connected to the higher power supply VDD and whose gates are connected to the reference voltage Vref, and whose drain and gate are p
An n-channel MOS transistor M connected to the drains of the channel MOS transistors M1 and M5, respectively.
20, M6 and M8, the sources of the n-channel MOS transistors M20 and M6 are connected to the lower power supply VSS, and the source of the n-channel MOS transistor M8 is connected to the drain of the n-channel MOS transistor M9. And an n-channel MOS transistor M
9 is connected to the lower power supply VSS.

【0037】さらに、ソースが高位側電源VDDに接続さ
れゲートが共通接続されたp−チャネルMOSトランジ
スタM10、M11と、p−チャネルMOSトランジス
タM10、M11のドレインにソースが接続されゲート
が共通接続されたp−チャネルMOSトランジスタM1
2、M13と、を備え、p−チャネルMOSトランジス
タM10のゲートはp−チャネルMOSトランジスタM
12のドレインに接続されている。
Further, the sources are connected to the drains of the p-channel MOS transistors M10 and M11 whose sources are connected to the higher power supply VDD and the gates are connected in common, and the gates are connected in common to the drains of the p-channel MOS transistors M10 and M11. P-channel MOS transistor M1
2 and M13, and the gate of the p-channel MOS transistor M10 is
12 is connected to the drain.

【0038】p−チャネルMOSトランジスタM12、
M13のドレインに、ドレインが接続され、ゲートが共
通接続されたn−チャネルMOSトランジスタM14、
M15と、n−チャネルMOSトランジスタM14、M
15のソースにドレインが接続され、ゲートが共通接続
されたn−チャネルMOSトランジスタM16、M17
と、を備えている。n−チャネルMOSトランジスタM
16、M17のゲートは、n−チャネルMOSトランジ
スタM9のゲートに接続されるとともに、n−チャネル
MOSトランジスタM8のドレインに接続されている。
n−チャネルMOSトランジスタM14、M15のゲー
トは、n−チャネルMOSトランジスタM6、M8のゲ
ートに接続されている。
A p-channel MOS transistor M12,
An n-channel MOS transistor M14 having a drain connected to the drain of M13 and a gate commonly connected,
M15 and n-channel MOS transistors M14, M
N-channel MOS transistors M16 and M17 having a drain connected to the source of No. 15 and a gate connected in common
And n-channel MOS transistor M
The gates of M16 and M17 are connected to the gate of the n-channel MOS transistor M9 and to the drain of the n-channel MOS transistor M8.
The gates of the n-channel MOS transistors M14 and M15 are connected to the gates of the n-channel MOS transistors M6 and M8.

【0039】ソースが高位側電源VDDに接続され、ゲー
トとドレインが接続されて、p−チャネルMOSトラン
ジスタM12、M13の共通接続されたゲートに接続さ
れるp−チャネルMOSトランジスタM18と、p−チ
ャネルMOSトランジスタM18のドレインにドレイン
が接続されソースが低位側電源VSSに接続されている
n−チャネルMOSトランジスタM19と、を備え、n
−チャネルMOSトランジスタM19のゲートは、n−
チャネルMOSトランジスタM20のゲートに接続され
ている。
A p-channel MOS transistor M18 having a source connected to the higher power supply VDD, a gate and a drain connected to a commonly connected gate of p-channel MOS transistors M12 and M13, An n-channel MOS transistor M19 having a drain connected to the drain of the MOS transistor M18 and a source connected to the lower power supply VSS.
The gate of the channel MOS transistor M19 is n-
It is connected to the gate of the channel MOS transistor M20.

【0040】MOSトランジスタM13のドレインとM
OSトランジスタM15のドレインの接続点に出力端子
Voutが接続されている。
The drain of the MOS transistor M13 and M
The output terminal Vout is connected to the connection point of the drain of the OS transistor M15.

【0041】トランジスタM3、M4のドレインはそれ
ぞれ、カスコードカレントミラー部4の、トランジスタ
M14、M15とトランジスタM16、M17の接続点
に接続されている。
The drains of the transistors M3 and M4 are connected to the connection points of the transistors M14 and M15 and the transistors M16 and M17 of the cascode current mirror unit 4, respectively.

【0042】入力段の差動対トランジスタM3、M4に
流れているドレイン電流をID2/2とする。
The drain current flowing through the differential pair transistors M3 and M4 in the input stage is defined as ID2 / 2.

【0043】次に、トランジスタM3のゲートに信号電
圧VinP=V+、トランジスタM4のゲートに信号電圧
VinM=V−が印加されたときの、トランジスタM3、
M4に流れる電流の変化分をそれぞれ−ΔI、+ΔIと
する。
Next, when the signal voltage VinP = V + is applied to the gate of the transistor M3 and the signal voltage VinM = V- is applied to the gate of the transistor M4,
The changes in the current flowing through M4 are -ΔI and + ΔI, respectively.

【0044】さらに、参照電流源M5、M7、M19か
ら、それぞれ電流ID5、ID7、ID19が、カレントミラ
ー部3を構成しているM10、M11から、電流ID1
0、ID11が流れるものとする。
Further, currents ID5, ID7, and ID19 from the reference current sources M5, M7, and M19, respectively, and currents ID1 and M1 from the current mirrors M10 and M11 that constitute the current mirror unit 3 respectively.
0 and ID11 flow.

【0045】ここで、トランジスタの各チャネル長Lは
等しいとする。また、トランジスタnの飽和電圧Vdsat
nは、Vdsatn=VGS−Vthで与えられる。
Here, the channel lengths L of the transistors are assumed to be equal. Also, the saturation voltage Vdsat of the transistor n
n is given by Vdsatn = VGS-Vth.

【0046】MOSトランジスタの飽和電圧Vdsatnと
ドレイン電流IDの関係は、 ID=(1/2)μS・C0X(W/L)(VGS−Vth) (μSはキャリアの表面移動度、C0Xは単位面積あたり
のゲート容量、W、Lはトランジスタのゲート幅とゲー
ト長、VGSはゲート・ソース間電圧、Vthはしきい値電
圧を表す)、から、式(1)で表される。
The relation between the saturation voltage Vdsatn of the MOS transistor and the drain current ID is as follows: ID = (1/2) μS · C0X (W / L) (VGS−Vth) 2 (μS is the carrier surface mobility, and C0X is the unit. The gate capacitance per area, W and L are the gate width and gate length of the transistor, VGS is the gate-source voltage, and Vth is the threshold voltage.)

【0047】 Vdsatn=VGSn−Vth=√{A・IDn/(Wn/Ln)} …(1)Vdsatn = VGSn−Vth = {{A · IDn / (Wn / Ln)} (1)

【0048】ここで、√{}は、平方根(square root)
を表しており、VGSnはトランジスタnのゲート−ソー
ス間電圧、Vthはしきい値電圧、Aはトランジスタによ
る、物理的に決まる定数(A=2/(μS・C0X))で
あり、Wn、Lnはトランジスタnのゲート幅とゲート長
を表す。
Here, √ {} is a square root
Where VGSn is a gate-source voltage of the transistor n, Vth is a threshold voltage, A is a physically determined constant (A = 2 / (μS · C0X)) by the transistor, and Wn, Ln Represents the gate width and gate length of the transistor n.

【0049】さらに、n−チャネルMOSトランジスタ
M2、M7、M10、M11、M18のドレイン電流I
D2、ID7、ID10、ID11、ID18を式(2)で定義す
る。
Further, the drain current I of the n-channel MOS transistors M2, M7, M10, M11, M18
D2, ID7, ID10, ID11, and ID18 are defined by equation (2).

【0050】 I≡ID2/a=ID7/b=ID10/c=ID18/d=ID10=ID11 …(2) ここで、a、b、cは定数(実数)である。I≡ID2 / a = ID7 / b = ID10 / c = ID18 / d = ID10 = ID11 (2) where a, b and c are constants (real numbers).

【0051】トランジスタM3とM4のゲートにある信
号が入力され、トランジスタM3のドレイン電流がID2
/2−ΔI、トランジスタM4のドレイン電流がID2/
2+ΔIになった場合について説明する。
A signal at the gates of the transistors M3 and M4 is input, and the drain current of the transistor M3 is set to ID2.
/ 2-ΔI, the drain current of transistor M4 is ID2 /
The case where 2 + ΔI is reached will be described.

【0052】このとき、トランジスタM10、M12、
M14のドレインノードには、電流ID10(トランジス
タM10のドレイン電流)が流れ、トランジスタM1
1、M13、M15のドレインノードには電流ID11
(トランジスタM11のドレイン電流)が流れている。
At this time, the transistors M10, M12,
The current ID10 (the drain current of the transistor M10) flows through the drain node of M14, and the transistor M1
The current ID11 is connected to the drain nodes of M1, M13 and M15.
(The drain current of the transistor M11).

【0053】また、トランジスタM16のドレインノー
ドには、トランジスタM14のドレインよりそのソース
に流れ出る電流と、トランジスタM3のドレインより流
れ出る電流の和となるため、 ID2/2+ID10−ΔI となる。
Further, the sum of the current flowing from the drain of the transistor M14 to the source thereof and the current flowing from the drain of the transistor M3 at the drain node of the transistor M16 is given by ID2 / 2 + ID10-ΔI.

【0054】同様に、トランジスタM17に流れるドレ
イン電流も、トランジスタM15のドレインよりソース
に流れ出る電流と、トランジスタM4のドレインより流
れ出る電流の和となるため、 ID2/2+ID11+ΔI となる。
Similarly, the drain current flowing through the transistor M17 is the sum of the current flowing from the drain of the transistor M15 to the source and the current flowing from the drain of the transistor M4, and is given by ID2 / 2 + ID11 + ΔI.

【0055】このとき、n−チャネルMOSトランジス
タM9、M16、M17のゲート−ソース間電圧VGSは
等しくなり、また、これらのn−チャネルMOSトラン
ジスタのしきい値電圧Vthは等しいとしていることか
ら、Vdsat16=Vdsat9という関係を得る。この結果
と、式(1)と式(2)より、n−チャネルMOSトラ
ンジスタM9、M16、M17のゲート幅W9とW16と
W17について、式(3)が得られる。
At this time, since the gate-source voltages VGS of the n-channel MOS transistors M9, M16 and M17 are equal, and the threshold voltages Vth of these n-channel MOS transistors are equal, Vdsat16 = Vdsat9. From this result, and equations (1) and (2), equation (3) is obtained for the gate widths W9, W16 and W17 of the n-channel MOS transistors M9, M16 and M17.

【0056】 W9={c/(1+a)}W16={c/(1+a)}W17 …(3)W9 = {c / (1 + a)} W16 = {c / (1 + a)} W17 (3)

【0057】さらに、MOSトランジスタM16、M1
7の最低飽和電圧Vdsat16、Vdsat17が最大となるの
は、式(1)からそれぞれのドレイン電流が最大となる
ときであり、これは、MOSトランジスタM16の場
合、 ΔI=−ID2/2=−aI/2 のときである。
Further, the MOS transistors M16 and M1
7, the maximum saturation voltage Vdsat16 and Vdsat17 become maximum when the respective drain currents become maximum from the equation (1). In the case of the MOS transistor M16, this is ΔI = −ID2 / 2 = −aI / 2.

【0058】このとき、MOSトランジスタが飽和領域
で動作するために必要な電圧は、式(4)で表せる。
At this time, the voltage required for the MOS transistor to operate in the saturation region can be expressed by equation (4).

【0059】VGS6≧VGS14−VDS16 …(4) この関係と、式(1)の関係より、MOSトランジスタ
M6、M16、M17のチャネル幅Wの関係式は式
(5)となる。
VGS6 ≧ VGS14−VDS16 (4) From this relation and the relation of the equation (1), the relational expression of the channel width W of the MOS transistors M6, M16 and M17 becomes the following equation (5).

【0060】 √(b/W6)≧√(1/W14)+√{(1+a)/W16} …(5)√ (b / W6) ≧ √ (1 / W14) + √ {(1 + a) / W16} (5)

【0061】なお、式(3)より、MOSトランジスタM
16とM17のゲート幅W16、W17は、W16=W17であ
る。
From equation (3), the MOS transistor M
The gate widths W16 and W17 of 16 and M17 are W16 = W17.

【0062】次に、MOSトランジスタM8のドレイン
−ソース間電圧VDS8を最小飽電圧値Vdsat8にするため
には、VDS8が式(6)で表せることから、式(7)の
条件を得る。
Next, in order to set the drain-source voltage VDS8 of the MOS transistor M8 to the minimum saturation voltage value Vdsat8, VDS8 can be expressed by Expression (6), so that the condition of Expression (7) is obtained.

【0063】VGS6≧VGS8+VDS9 …(6)VGS6 ≧ VGS8 + VDS9 (6)

【0064】 √(b/W6)≧√(c/W8)+√(c/W9) …(7)√ (b / W6) ≧ √ (c / W8) + √ (c / W9) (7)

【0065】これらの条件を満足するように、MOSト
ランジスタM6、M8、M9、M14、M15、M1
6、M17、また定電流源M5、M7、M10のチャネ
ル幅Wを設定し、カスコードカレントミラー部4で使わ
れる電圧は、トランジスタM15とM17のドレイン−
ソース間電圧の和である2Vdsatのみとなる。
In order to satisfy these conditions, MOS transistors M6, M8, M9, M14, M15, M1
6, M17 and the channel width W of the constant current sources M5, M7, M10 are set, and the voltage used in the cascode current mirror unit 4 is equal to the drain voltages of the transistors M15 and M17.
There is only 2Vdsat which is the sum of the source-to-source voltages.

【0066】さらに、MOSトランジスタM3、M4の
ドレイン電圧は、トランジスタM16、M17のドレイ
ン−ソース間電圧であるから、Vdsat16、Vdsat17とな
る。
Further, the drain voltages of the MOS transistors M3 and M4 are Vdsat16 and Vdsat17 since they are the drain-source voltages of the transistors M16 and M17.

【0067】このことから、動作可能なMOSトランジ
スタM3への入力最小電圧は、 VinP=Vdsat16−Vth となる。
From this, the minimum input voltage to the operable MOS transistor M3 is VinP = Vdsat16-Vth.

【0068】同様に、MOSトランジスタM4への入力
最小電圧は、 VinN=Vdsat17−Vth となる。
Similarly, the minimum input voltage to the MOS transistor M4 is VinN = Vdsat17-Vth.

【0069】これらのことから、出力ダイナミックレン
ジの最小値を、 2Vdsat まで下げることができる。
From the above, the minimum value of the output dynamic range can be reduced to 2 Vdsat.

【0070】また、最小入力ダイナミックレンジに関し
ては、Vdsat−Vthまで、すなわち、電源電圧以下に下
げることができる。
Further, the minimum input dynamic range can be reduced to Vdsat-Vth, that is, lower than the power supply voltage.

【0071】さらに、飽和電圧Vdsatnは、式(1)に
示したとおり、ドレイン電流IDnに依存した値である。
すなわち、ドレイン電流IDnを小さくすることで、入力
ダイナミックレンジ、出力ダイナミックレンジの最小値
を小さくすることができる。
Further, the saturation voltage Vdsatn is a value depending on the drain current IDn as shown in the equation (1).
That is, by reducing the drain current IDn, the minimum values of the input dynamic range and the output dynamic range can be reduced.

【0072】その結果、入力ダイナミックレンジに関し
ては、最小値−Vth、出力ダイナミックレンジに関して
はほぼ、VSS〜VDDまでの全範囲で動作する。
As a result, the device operates in the entire range from VSS to VDD with respect to the input dynamic range and the minimum value -Vth with respect to the output dynamic range.

【0073】次に、カスコードカレントミラー部3は、
一般にワイドスイングカスコードカレントミラー(wide
swing cascode current mirror)として知られて
おり、この回路によって降下する電圧は、2Vdsatとな
る。
Next, the cascode current mirror unit 3
Generally, a wide swing cascode current mirror (wide
Known as a swing cascode current mirror, the voltage dropped by this circuit is 2 Vdsat.

【0074】なお、入力段MOSトランジスタM3、M
4をn−チャネルMOSトランジスタとしてもよい。図
2は、入力段差動対をn−チャネルMOSトランジスタ
で構成した場合の回路構成を示す図である。
The input stage MOS transistors M3, M
4 may be an n-channel MOS transistor. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration when the input-stage differential pair is formed by n-channel MOS transistors.

【0075】図2を参照すると、ソースが低位側電源V
SSに接続されゲートが基準電圧Vrefに接続され定電流
源をなすn−チャネルMOSトランジスタM2と、ソー
スが共通接続され、ゲートが信号入力端子VinP、VinM
にそれぞれ接続されたn−チャネルMOSトランジスタ
M3、M4は入力段1の差動対を構成している。
Referring to FIG. 2, the source is the lower power supply V
An n-channel MOS transistor M2, which is connected to SS and has a gate connected to the reference voltage Vref and forms a constant current source, is connected in common to the source, and has signal input terminals VinP and VinM.
The n-channel MOS transistors M3 and M4 respectively connected to the input stage 1 form a differential pair.

【0076】ソースが、低位側電源VSSに接続されゲー
トが基準電圧Vrefに接続されたn−チャネルMOSト
ランジスタM20、M6、M9と、ドレインとゲートが
n−チャネルMOSトランジスタM20、M6のドレイ
ンにそれぞれ接続されたp−チャネルMOSトランジス
タM1、M5、M8とを備え、p−チャネルMOSトラ
ンジスタM1、M5のソースは高位側電源VDDに接続さ
れており、p−チャネルMOSトランジスタM8のソー
スは、p−チャネルMOSトランジスタM7のドレイン
に接続されており、p−チャネルMOSトランジスタM
7のソースは高位側電源VDDに接続されている。
The n-channel MOS transistors M20, M6 and M9 whose sources are connected to the lower power supply VSS and whose gates are connected to the reference voltage Vref, and whose drains and gates are the drains of the n-channel MOS transistors M20 and M6, respectively. The source of the p-channel MOS transistors M1, M5, M8 is connected to the higher power supply VDD, and the source of the p-channel MOS transistor M8 is connected to the p-channel MOS transistors M1, M5, M8. The drain of the p-channel MOS transistor M7 is connected to the drain of the channel MOS transistor M7.
7 is connected to the higher power supply VDD.

【0077】さらに、ソースが低位側電源VSSに接続さ
れゲートが共通接続されたn−チャネルMOSトランジ
スタM16、M17と、n−チャネルMOSトランジス
タM16、M17のドレインにソースが接続されゲート
が共通接続されたn−チャネルMOSトランジスタM1
4、M15と、を備え、n−チャネルMOSトランジス
タM16のゲートはn−チャネルMOSトランジスタM
14のドレインに接続されている。
Further, the sources are connected to the drains of the n-channel MOS transistors M16 and M17 whose sources are connected to the lower power supply VSS and the gates are connected in common, and the gates are connected in common to the drains of the n-channel MOS transistors M16 and M17. N-channel MOS transistor M1
4 and M15, and the gate of the n-channel MOS transistor M16 is an n-channel MOS transistor M16.
14 is connected to the drain.

【0078】n−チャネルMOSトランジスタM14、
M15のドレインに、ドレインが接続され、ゲートが共
通接続されたp−チャネルMOSトランジスタM12、
M13と、p−チャネルMOSトランジスタM12、M
13のソースにドレインが接続され、ゲートが共通接続
されたp−チャネルMOSトランジスタM10、M11
と、を備えている。p−チャネルMOSトランジスタM
10、M11のゲートは、p−チャネルMOSトランジ
スタM7のゲートに接続されるとともに、p−チャネル
MOSトランジスタM8のドレインに接続されている。
p−チャネルMOSトランジスタM12、M13のゲー
トは、n−チャネルMOSトランジスタM5、M8のゲ
ートに接続されている。
The n-channel MOS transistor M14,
A p-channel MOS transistor M12 whose drain is connected to the drain of M15 and whose gate is commonly connected,
M13 and p-channel MOS transistors M12, M
13, p-channel MOS transistors M10 and M11 whose drains are connected to their sources and whose gates are commonly connected
And p-channel MOS transistor M
The gates of the transistors 10 and M11 are connected to the gate of the p-channel MOS transistor M7 and to the drain of the p-channel MOS transistor M8.
The gates of the p-channel MOS transistors M12 and M13 are connected to the gates of the n-channel MOS transistors M5 and M8.

【0079】ソースが低位電源VSSに接続され、ゲート
とドレインが接続されて、n−チャネルMOSトランジ
スタM14、M15の共通接続されたゲートに接続され
るn−チャネルMOSトランジスタM19と、n−チャ
ネルMOSトランジスタM19のドレインにドレインが
接続されソースが高位側電源VDDに接続されているp−
チャネルMOSトランジスタM18と、を備え、p−チ
ャネルMOSトランジスタM18のゲートは、p−チャ
ネルMOSトランジスタM1のゲートに接続されてい
る。
An n-channel MOS transistor M19 having a source connected to the lower power supply VSS, a gate and a drain connected to the commonly connected gates of the n-channel MOS transistors M14 and M15, and an n-channel MOS transistor The drain of the transistor M19 has a drain connected to the source and a source connected to the higher power supply VDD.
A channel MOS transistor M18, and a gate of the p-channel MOS transistor M18 is connected to a gate of the p-channel MOS transistor M1.

【0080】MOSトランジスタM13のドレインとM
OSトランジスタM15のドレインの接続点に出力端子
Voutが接続されている。
The drain of the MOS transistor M13 and M
The output terminal Vout is connected to the connection point of the drain of the OS transistor M15.

【0081】MOSトランジスタM3、M4のドレイン
はそれぞれ、カスコードカレントミラー部のMOSトラ
ンジスタM10、M11とMOSトランジスタM12、
M13の接続点に接続されている。
The drains of the MOS transistors M3 and M4 are respectively connected to the MOS transistors M10 and M11 and the MOS transistors M12 and M12 of the cascode current mirror section.
It is connected to the connection point of M13.

【0082】本発明の他の実施例について説明する。図
3は、本発明の第3の実施例の構成を示す図である。図
3を参照すると、この実施例の基本的構成は、図1を参
照して説明した前記実施例と同様であるが、参照電圧源
の改善を行っている。図3において、図1のトランジス
タM7、M8、M9が削除されており、消費電力の低減
を図っている。この回路を用いることで、ドレイン電流
ID7による電力消費を不要にできる。図3を参照する
と、カスコードカレントミラー部のトランジスタM16
とM17のゲートは共通接続されトランジスタM14の
ドレインに接続され、トランジスタM14、M15の共
通接続されたゲートは、ダイオード接続されたトランジ
スタM6(参照電圧源)のゲートに接続されている。
Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the third exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment described with reference to FIG. 1, but the reference voltage source is improved. In FIG. 3, the transistors M7, M8, and M9 in FIG. 1 are omitted to reduce power consumption. By using this circuit, the drain current
Power consumption by ID7 can be eliminated. Referring to FIG. 3, the transistor M16 of the cascode current mirror unit
And M17 have their gates connected together and connected to the drain of transistor M14, and the commonly connected gates of transistors M14 and M15 are connected to the gate of diode-connected transistor M6 (reference voltage source).

【0083】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。図4は、本発明の第4の実施例の構成を示す図で
ある。図4を参照すると、この実施例は、さらに低消費
電力化を行うものである。定電流源M19を調整するた
めの回路M1、M20を、トランジスタM6で実現した
回路である。すなわち、図4を参照すると、この実施例
では、図3に示した回路構成から、MOSトランジスタ
M1、M20が削除されており、カスコードカレントミ
ラー部のMOSトランジスタM16とM17のゲートは
共通接続されMOSトランジスタM14のドレインに接
続され、トランジスタM14、M15の共通接続された
ゲートは、ダイオード接続されたMOSトランジスタM
6(参照電圧源)のゲートに接続され、MOSトランジ
スタM6のゲートとドレインはMOSトランジスタM1
9のゲートに接続されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, this embodiment further reduces power consumption. This is a circuit in which the circuits M1 and M20 for adjusting the constant current source M19 are realized by a transistor M6. That is, referring to FIG. 4, in this embodiment, the MOS transistors M1 and M20 are deleted from the circuit configuration shown in FIG. 3, and the gates of the MOS transistors M16 and M17 of the cascode current mirror unit are connected in common and the MOS transistors are connected. The drain of the transistor M14, the commonly connected gates of the transistors M14 and M15 are connected to the diode-connected MOS transistor M
6 (reference voltage source), and the gate and drain of the MOS transistor M6 are connected to the MOS transistor M1.
9 gates.

【0084】なお、図3、図4に示した実施例におい
て、入力差動対をn−チャネルMOSトランジスタとし
てもよい。この場合、図2に示したように、カスコード
部、参照電圧源、参照電流源等の接続形態や他のMOS
トランジスタを図2のように、反転させる。
In the embodiments shown in FIGS. 3 and 4, the input differential pair may be an n-channel MOS transistor. In this case, as shown in FIG. 2, the connection form of the cascode section, the reference voltage source, the reference current source, etc.
The transistor is inverted as shown in FIG.

【0085】なお、本発明が上記各実施例に限定され
ず、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内におい
て、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を
含むことは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but naturally includes various modifications and alterations that can be made by those skilled in the art within the scope of the invention set forth in the appended claims. It is.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
広い入力ダイナミックレンジと、出力ダイナミックレン
ジを実現することができる。その理由は、本発明におい
ては、定電流源と差動入力対よりなる差動入力段と、第
1導電型チャネルMOSトランジスタで構成される第1
のカスコードカレントミラー部と、第2導電型MOSト
ランジスタで構成される第2のカスコードカレントミラ
ー部と、参照電圧源と、参照電流源と、参照電流源を制
御する回路からなり、差動対の出力ノードが第2のカス
コードカレントミラー部とカレントミラーの接続点にそ
れぞれ接続し、カレントミラー部を構成している各MO
Sトランジスタのドレイン−ソース間電圧を、トランジ
スタが飽和する最小電圧値であるVdsatとし、出力ダイ
ナミックレンジの最小値を2Vdsatまでにすることがで
きるようにしたためである。
As described above, according to the present invention,
A wide input dynamic range and an output dynamic range can be realized. The reason for this is that, in the present invention, the first conductive type channel MOS transistor including the differential input stage including the constant current source and the differential input pair and the first conductive type channel MOS transistor.
Cascode current mirror section, a second cascode current mirror section composed of a second conductivity type MOS transistor, a reference voltage source, a reference current source, and a circuit for controlling the reference current source. An output node is connected to a connection point between the second cascode current mirror unit and the current mirror, and each MO constituting the current mirror unit is connected.
This is because the drain-source voltage of the S transistor is set to Vdsat, which is the minimum voltage value at which the transistor is saturated, and the minimum value of the output dynamic range can be set to 2 Vdsat.

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

【図1】本発明の一実施例のオペアンプ回路の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an operational amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のオペアンプ回路で、入力トランジスタを
n−チャネルMOSトランジスタにした回路構成を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration in which an input transistor is an n-channel MOS transistor in the operational amplifier circuit of FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施例のオペアンプ回路の構成を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an operational amplifier circuit according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例のオペアンプ回路の構成を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an operational amplifier circuit according to another embodiment of the present invention.

【図5】基本オペアンプ回路の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a basic operational amplifier circuit.

【図6】増幅段のカレントミラーを改良したオペアンプ
回路を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an operational amplifier circuit in which a current mirror of an amplification stage is improved.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力差動対MOSトランジスタ 2 増幅段 3 増幅段p−チャネルカスコードカレントミラー回路 4 増幅段n−チャネルカスコードカレントミラー回路 VDD 高位電源電圧 VSS 低位電源電圧 VinP 正入力端子電圧 VinN 負入力端子電圧 Vout 出力電圧 Vref、Vbias 参照電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input differential pair MOS transistor 2 Amplification stage 3 Amplification stage p-channel cascode current mirror circuit 4 Amplification stage n-channel cascode current mirror circuit VDD High power supply voltage VSS Low power supply voltage VinP Positive input terminal voltage VinN Negative input terminal voltage Vout Output Voltage Vref, Vbias Reference voltage

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1及び第2の入力信号端子からの入力信
号を差動増幅して出力するMOSトランジスタよりなる
差動対と、 前記差動対の出力信号を入力して増幅し、出力端子から
出力信号を出力する増幅段と、を含むオペアンプ回路に
おいて、 前記増幅段の前記出力端子と低位側電源間に、ゲートが
共通接続されたn−チャネルMOSトランジスタ対を2
段縦続接続し、2段目のn−チャネルMOSトランジス
タ対の一のMOSトランジスタのドレインは前記出力端
子に接続されており、 前記2段縦続接続されたn−チャネルMOSトランジス
タ対のうち、少なくとも2段目のn−チャネルMOSト
ランジスタ対が飽和領域で動作するような参照電圧を、
前記2段目のn−チャネルMOSトランジスタ対の共通
接続されたゲートに与える参照電圧源を備えている、こ
とを特徴とするオペアンプ回路。
1. A differential pair comprising MOS transistors for differentially amplifying and outputting input signals from first and second input signal terminals, and inputting and amplifying an output signal of the differential pair for output. And an amplifying stage for outputting an output signal from a terminal. An n-channel MOS transistor pair having a gate commonly connected between the output terminal of the amplifying stage and a lower power supply.
The drain of one MOS transistor of the pair of n-channel MOS transistors in the second stage is connected to the output terminal, and at least two of the pair of n-channel MOS transistors in the two stages are connected in cascade. A reference voltage at which the n-channel MOS transistor pair at the stage operates in the saturation region is
An operational amplifier circuit comprising a reference voltage source applied to a commonly connected gate of the second-stage n-channel MOS transistor pair.
【請求項2】前記2段縦続接続されたn−チャネルMO
Sトランジスタ対のうち、1段目のn−チャネルMOS
トランジスタ対が飽和領域で動作するような参照電圧
を、前記1段目のn−チャネルMOSトランジスタ対の
共通接続されたゲートに与える参照電圧源をさらに備え
ている、ことを特徴とする請求項1記載のオペアンプ回
路。
2. The two-stage cascade-connected n-channel MO.
First stage n-channel MOS of S transistor pair
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a reference voltage source that supplies a reference voltage for operating the transistor pair in a saturation region to a commonly connected gate of the first-stage n-channel MOS transistor pair. The operational amplifier circuit described.
【請求項3】前記2段目のn−チャネルMOSトランジ
スタ対の共通接続されたゲートに参照電圧を与える参照
電圧源に参照電流を供給する参照電流源を備えている、
ことを特徴とする請求項1記載のオペアンプ回路。
3. A reference current source for supplying a reference current to a reference voltage source for applying a reference voltage to a commonly connected gate of the pair of n-channel MOS transistors of the second stage,
The operational amplifier circuit according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記1段目と2段目のn−チャネルMOS
トランジスタ対の共通接続されたゲートにそれぞれ参照
電圧を与える複数の参照電圧源にそれぞれ参照電流を供
給する複数の参照電流源を備えている、ことを特徴とす
る請求項2記載のオペアンプ回路。
4. The n-channel MOS of the first and second stages
3. The operational amplifier circuit according to claim 2, further comprising a plurality of reference current sources that respectively supply a reference current to a plurality of reference voltage sources that respectively provide a reference voltage to the commonly connected gates of the transistor pair.
【請求項5】前記差動対がp−チャネルMOSトランジ
スタ対よりなり、前記p−チャネルMOSトランジスタ
対のドレインが、前記1段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対と前記2段目のn−チャネルMOSトランジ
スタ対の接続点にそれぞれ接続されている、ことを特徴
とする請求項1記載のオペアンプ回路。
5. The differential pair comprises a pair of p-channel MOS transistors, and the drains of the pair of p-channel MOS transistors are connected to the first-stage n-channel MOS transistor pair and the second-stage n-channel MOS transistor pair. 2. The operational amplifier circuit according to claim 1, wherein the operational amplifier circuit is connected to a connection point of the MOS transistor pair.
【請求項6】定電流源と、前記定電流源で駆動され第1
及び第2の入力信号端子からの入力信号を差動増幅して
出力するMOSトランジスタ対よりなる差動対と、 前記差動対の出力信号を入力して増幅し、前記出力端子
から出力信号を出力する増幅段と、を含むオペアンプ回
路において、 低位側電源と前記出力端子間に、ゲートが共通接続され
たn−チャネルMOSトランジスタ対を2段縦続接続
し、1段目のn−チャネルMOSトランジスタ対の共通
接続されたゲートが、2段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対の一のMOSトランジスタのドレインに接続
されており、2段目のMOSトランジスタ対の他のMO
Sトランジスタのドレインが前記出力端子に接続されて
なる第1のカスコードカレントミラー回路を有し、 前記第1のカスコードカレントミラー回路の少なくとも
前記2段目のn−チャネルMOSトランジスタ対が飽和
領域で動作するような参照電圧を、前記2段目のn−チ
ャネルMOSトランジスタ対の共通接続されたゲートに
与える第1の参照電圧源を備えている、ことを特徴とす
るオペアンプ回路。
6. A constant current source and a first current source driven by the constant current source.
A differential pair composed of a MOS transistor pair for differentially amplifying and outputting an input signal from a second input signal terminal; and inputting and amplifying an output signal of the differential pair, and outputting an output signal from the output terminal. An amplifying stage for outputting an n-channel MOS transistor having a gate connected in common in two stages between a lower power supply and said output terminal, The pair of commonly connected gates is connected to the drain of one MOS transistor of the second stage n-channel MOS transistor pair, and the other MOS transistor pair of the second stage is connected to the other MOS transistor.
A first cascode current mirror circuit having a drain of the S transistor connected to the output terminal, wherein at least the second-stage n-channel MOS transistor pair of the first cascode current mirror circuit operates in a saturation region An operational amplifier circuit comprising: a first reference voltage source for supplying a reference voltage as described above to a commonly connected gate of the second-stage n-channel MOS transistor pair.
【請求項7】前記差動対がp−チャネルMOSトランジ
スタ対よりなり、前記p−チャネルMOSトランジスタ
対のドレインが、前記1段目のn−チャネルMOSトラ
ンジスタ対と前記2段目のn−チャネルMOSトランジ
スタ対の接続点にそれぞれ接続されている、ことを特徴
とする請求項6記載のオペアンプ回路。
7. The differential pair includes a pair of p-channel MOS transistors, and the drains of the pair of p-channel MOS transistors are connected to the first-stage n-channel MOS transistor pair and the second-stage n-channel MOS transistor pair. 7. The operational amplifier circuit according to claim 6, wherein the operational amplifier circuit is connected to a connection point of the MOS transistor pair.
【請求項8】高位側電源と前記出力端子間に、ゲートが
共通接続されたp−チャネルMOSトランジスタ対を2
段縦続接続し、1段目のp−チャネルMOSトランジス
タ対の共通接続されたゲートが、2段目のp−チャネル
MOSトランジスタ対の一のMOSトランジスタのドレ
インに接続されており、2段目のMOSトランジスタ対
の他のMOSトランジスタのドレインが前記出力端子に
接続されてなる第2のカスコードカレントミラー回路を
有する、ことを特徴とする請求項6記載のオペアンプ回
路。
8. A p-channel MOS transistor pair having a gate connected in common between a higher power supply and said output terminal.
The gates of the first stage p-channel MOS transistor pair connected in common are connected to the drain of one MOS transistor of the second stage p-channel MOS transistor pair. 7. The operational amplifier circuit according to claim 6, further comprising a second cascode current mirror circuit having a drain of another MOS transistor of the MOS transistor pair connected to the output terminal.
【請求項9】前記差動対がn−チャネルMOSトランジ
スタ対よりなり、前記n−チャネルMOSトランジスタ
対のドレインが、前記1段目のp−チャネルMOSトラ
ンジスタ対と前記2段目のp−チャネルMOSトランジ
スタ対の接続点にそれぞれ接続されている、ことを特徴
とする請求項8記載のオペアンプ回路。
9. The differential pair includes an n-channel MOS transistor pair, and the drains of the n-channel MOS transistor pair are the first-stage p-channel MOS transistor pair and the second-stage p-channel 9. The operational amplifier circuit according to claim 8, wherein the operational amplifier circuit is connected to a connection point of the pair of MOS transistors.
【請求項10】前記高位側電源と前記低位側電源間に、
前記第1の参照電圧源と直列に接続され、前記第1の参
照電圧源に参照電流を供給する第1の参照電流回路を備
えている、ことを特徴とする請求項6記載のオペアンプ
回路。
10. A high-side power supply and a low-side power supply,
7. The operational amplifier circuit according to claim 6, further comprising: a first reference current circuit connected in series with said first reference voltage source and supplying a reference current to said first reference voltage source.
【請求項11】定電流源と、前記定電流源で駆動され、
第1、第2の入力端子からの信号を差動入力し差動増幅
して出力する第1導電型MOSトランジスタ対よりなる
差動対を備え、 ゲートが共通接続された第1導電型MOSトランジスタ
対を2段縦積みに接続して構成される第1のカスコード
カレントミラー部と、 ゲートが共通接続された第2導電型MOSトランジスタ
対を2段縦積みに接続して構成される第2のカスコード
カレントミラー部と、 を、 高位側電源と低電位電源間に縦積みに備え、 前記第1カスコードカレントミラー部と前記第2のカス
コードカレントミラー部の出力ノードの接続点が出力端
子に接続され、 前記差動対の出力ノードは、前記第2のカスコードカレ
ントミラー部を構成する2段構成の第2導電型MOSト
ランジスタ対の接続点にそれぞれ接続されており、 前記第1、第2のカスコードカレントミラー部に参照電
圧を与える複数の参照電圧源を備え、 前記出力端子と低電位電源側に接続されるカスコードカ
レントミラー部を構成しているMOSトランジスタのド
レイン−ソース間電圧を、前記MOSトランジスタが飽
和領域で動作する最小電圧値とした、ことを特徴とする
オペアンプ回路。
11. A constant current source, driven by the constant current source,
A first conductivity type MOS transistor having a differential pair consisting of a first conductivity type MOS transistor pair for differentially inputting and differentially amplifying and outputting signals from first and second input terminals, and having a gate commonly connected. A first cascode current mirror unit formed by connecting the pairs in a two-stage cascade, and a second cascode current mirror unit formed by connecting a pair of second conductivity type MOS transistors whose gates are commonly connected in a two-stage cascade. A cascode current mirror unit, and a cascode current mirror unit are vertically stacked between a high-potential power supply and a low-potential power supply. An output node of the differential pair is connected to a connection point of a two-stage second-conductivity-type MOS transistor pair forming the second cascode current mirror unit; A drain-source of a MOS transistor comprising a plurality of reference voltage sources for applying a reference voltage to the first and second cascode current mirror sections, and constituting a cascode current mirror section connected to the output terminal and a low potential power supply side An operational amplifier circuit, wherein the inter-voltage is a minimum voltage at which the MOS transistor operates in a saturation region.
【請求項12】定電流源と、前記定電流源で駆動され、
第1、第2の入力端子からの信号を差動入力し差動増幅
して出力する第1導電型MOSトランジスタ対よりなる
差動対を備え、 第1の電源と第2の電源間に配置され、それぞれが、第
1導電型の2つのMOSトランジスタよりなる、第1及
び第2のカレントミラー回路を2段カスコード接続して
なる第1のカスコードカレントミラー部と、 それぞれが第2導電型のMOSトランジスタよりなる第
3及び第4のカレントミラー回路をカスコード接続して
なる第2のカスコードカレントミラー部と、 を備え、 前記差動対のMOSトランジスタ対の出力ノードは、前
記第2のカスコードカレントミラー部の前記第3のカレ
ントミラー回路と前記第4のカレントミラー回路の接続
点にそれぞれ接続され、 前記第1のカスコードカレントミラー部の第2のカレン
トミラー回路の出力ノードと前記第2のカスコードカレ
ントミラー部の第3のカレントミラー回路との出力ノー
ドとの接続点が出力端子に接続され、 前記第1及び第2のカスコードカレントミラー部のカレ
ントミラー回路にそれぞれ参照電圧を供給する参照電圧
源を備えている、ことを特徴とするオペアンプ回路。
12. A constant current source, driven by said constant current source,
A differential pair comprising a first conductivity type MOS transistor pair for differentially inputting signals from the first and second input terminals, differentially amplifying and outputting the signals, and disposed between the first power supply and the second power supply; A first cascode current mirror section, which is formed by two-stage cascode connection of first and second current mirror circuits each including two MOS transistors of the first conductivity type; A second cascode current mirror unit formed by cascode-connecting third and fourth current mirror circuits each including a MOS transistor. An output node of the differential pair of MOS transistor pairs is connected to the second cascode current. A connection point between the third current mirror circuit and the fourth current mirror circuit of the mirror unit, and a connection point of the first cascode current mirror unit; A connection point between an output node of the second current mirror circuit and an output node of the second cascode current mirror unit to a third current mirror circuit is connected to an output terminal; and the first and second cascode current mirror units And a reference voltage source for supplying a reference voltage to each of the current mirror circuits.
【請求項13】前記参照電圧源が、前記第1、及び第2
のカスコードカレントミラー部のうち、前記出力端子と
前記第1、第2の電源のうち低位側の電源間に接続され
るカスコードカレントミラー部を構成しているMOSト
ランジスタを飽和領域で動作させる参照電圧を与える、
ことを特徴とする請求項12記載のオペアンプ回路。
13. The system according to claim 13, wherein said reference voltage source is said first and second
A reference voltage for operating a MOS transistor constituting a cascode current mirror section connected between the output terminal and a lower power supply of the first and second power supplies in a saturation region in the cascode current mirror section give,
The operational amplifier circuit according to claim 12, wherein:
【請求項14】前記第1のカスコードカレントミラー部
の第2のカレントミラー回路を構成するMOSトランジ
スタ対の共通ゲートに参照電圧を与える、第1導電型の
MOSトランジスタよりなる、第1の参照電圧源と、 前記第2のカスコードカレントミラー部の第4のカレン
トミラー回路を構成するMOSトランジスタ対の共通ゲ
ートに参照電圧を与える、第2導電型のMOSトランジ
スタよりなる、第2の参照電圧源と、 前記第1の参照電圧源に参照電流を供給する、第2導電
型のMOSトランジスタよりなる、第1の参照電流源
と、 前記第2の参照電圧源に参照電流を供給する、第1導電
型のMOSトランジスタよりなる、第2の参照電流源
と、 を備えたことを特徴とする請求項12記載のオペアンプ
回路。
14. A first reference voltage comprising a first conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to a common gate of a pair of MOS transistors constituting a second current mirror circuit of the first cascode current mirror section. And a second reference voltage source comprising a second conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to a common gate of a pair of MOS transistors constituting a fourth current mirror circuit of the second cascode current mirror unit. A first reference current source comprising a MOS transistor of a second conductivity type for supplying a reference current to the first reference voltage source; and a first conductivity supplying a reference current to the second reference voltage source. 13. The operational amplifier circuit according to claim 12, further comprising: a second reference current source comprising a MOS transistor of a type.
【請求項15】前記第1のカスコードカレントミラー部
の第2のカレントミラー回路を構成するMOSトランジ
スタ対の共通ゲートに参照電圧を与える、第1導電型の
MOSトランジスタよりなる、第1の参照電圧源と、 前記第2のカスコードカレントミラー部の第3、第4の
カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタ対の
共通ゲートにそれぞれ参照電圧を与える、第2導電型の
MOSトランジスタよりなる、第2、第3の参照電圧源
と、 前記第1の参照電圧源に参照電流を供給する、第2導電
型のMOSトランジスタよりなる、第1の参照電流源
と、 前記第2、第3の参照電圧源にそれぞれ参照電流を供給
する、第1導電型のMOSトランジスタよりなる、第
2、第3の参照電流源と、 を備えたことを特徴とする請求項12又は13記載のオ
ペアンプ回路。
15. A first reference voltage comprising a first conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to a common gate of a pair of MOS transistors constituting a second current mirror circuit of the first cascode current mirror section. A second conductivity type MOS transistor for applying a reference voltage to a common gate of a pair of MOS transistors forming third and fourth current mirror circuits of the second cascode current mirror unit. A third reference voltage source, a first reference current source comprising a second conductivity type MOS transistor for supplying a reference current to the first reference voltage source, and the second and third reference voltage sources And a second and a third reference current source comprising a first conductivity type MOS transistor for supplying a reference current to the first and second reference current sources, respectively. 13. The operational amplifier circuit according to claim 13.
【請求項16】前記第1の参照電流源を構成する第2導
電型のMOSトランジスタと、 前記第2の参照電流源を構成する第1導電型のMOSト
ランジスタと、に対してそれぞれゲート電圧を供給す
る、第1、第2の制御回路を、前記第1の電源と前記第
2の電源間に直列に備えたことを特徴とする請求項14
記載のオペアンプ回路。
16. A gate voltage is applied to each of a second conductivity type MOS transistor forming the first reference current source and a first conductivity type MOS transistor forming the second reference current source. 15. The power supply according to claim 14, wherein first and second control circuits are provided in series between the first power supply and the second power supply.
The operational amplifier circuit described.
【請求項17】前記第1の参照電流源を構成する第2導
電型のMOSトランジスタと、 前記第2、第3の参照電流源を構成する第1導電型のM
OSトランジスタに対してそれぞれゲート電圧を供給す
る、第1、第2の制御回路を、前記第1の電源と前記第
2の電源間に直列に備えたことを特徴とする請求項15
記載のオペアンプ回路。
17. A second conductivity type MOS transistor forming the first reference current source, and a first conductivity type M transistor forming the second and third reference current sources.
16. The system according to claim 15, further comprising a first and a second control circuit for supplying a gate voltage to each of the OS transistors in series between the first power supply and the second power supply.
The operational amplifier circuit described.
【請求項18】前記第1の制御回路が、ソースが第1の
電源に接続され、ゲートが定電流源に供給されるバイア
ス電圧が供給される第1導電型のMOSトランジスタよ
りなり、 前記第2の制御回路がドレインとゲートが接続されて前
記第1の制御回路の第1導電型のMOSトランジスタの
ドレインに接続され、ソースが前記第2の電源に接続さ
れた第2導電型のMOSトランジスタよりなることを特
徴とする請求項16記載のオペアンプ回路。
18. The first control circuit comprises a first conductivity type MOS transistor having a source connected to a first power supply and a gate supplied with a bias voltage supplied to a constant current source. A second control type MOS transistor having a drain and a gate connected to the drain of a first conductivity type MOS transistor of the first control circuit, and a source connected to the second power supply; 17. The operational amplifier circuit according to claim 16, further comprising:
【請求項19】前記第2の参照電圧源が、ダイオード接
続され、ゲートが、前記第2のカスコードカレントミラ
ー部の第3のカレントミラー回路を構成するMOSトラ
ンジスタ対の共通ゲートがゲートに接続され、ソースが
前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第2の参照
電流源に接続された第2導電型のMOSトランジスタか
らなり、 前記第3の参照電圧源が、前記第2のカスコードカレン
トミラー部の第4のカレントミラー回路を構成するMO
Sトランジスタ対の共通ゲートがゲートに接続され、ソ
ースが第2の電源に接続された第2導電型の第1のMO
Sトランジスタと、 第2導電型の前記第1のMOSトランジスタのドレイン
にソースが接続され、ドレインが前記第2のカスコード
カレントミラー部の第3のカレントミラー回路を構成す
るMOSトランジスタ対の共通ゲートに接続され、ドレ
インが第2導電型の前記第1のMOSトランジスタのゲ
ートに接続された第2導電型の第2のMOSトランジス
タよりなり、第2導電型の前記第2のMOSトランジス
タのドレインは、第3の参照電流源に接続されている、
ことを特徴とする請求項15記載のオペアンプ回路。
19. The second reference voltage source is diode-connected, and the gate is connected to the common gate of a pair of MOS transistors forming a third current mirror circuit of the second cascode current mirror unit. A source is connected to the second power supply, and a drain is formed of a second conductivity type MOS transistor connected to the second reference current source. The third reference voltage source is connected to the second cascode current. MO constituting the fourth current mirror circuit of the mirror section
A common gate of the S transistor pair is connected to the gate, and a source is connected to the second power supply.
The source is connected to the drain of the S transistor and the first MOS transistor of the second conductivity type, and the drain is connected to the common gate of the MOS transistor pair forming the third current mirror circuit of the second cascode current mirror unit. A second MOS transistor of the second conductivity type, the drain of which is connected to the gate of the first MOS transistor of the second conductivity type, and the drain of the second MOS transistor of the second conductivity type is Connected to a third reference current source,
The operational amplifier circuit according to claim 15, wherein:
【請求項20】前記第2のカスコードカレントミラー部
の第4のカレントミラー回路を構成する第2導電型のM
OSトランジスタ対の共通ゲートには、前記第4のカレ
ントミラー回路を構成する第2導電型のMOSトランジ
スタが飽和領域で動作するような参照電圧が与えられ
る、ものである、ことを特徴とする請求項12記載のオ
ペアンプ回路。
20. A second conductivity type M constituting a fourth current mirror circuit of the second cascode current mirror section.
The common gate of the OS transistor pair is supplied with a reference voltage such that the second conductivity type MOS transistor constituting the fourth current mirror circuit operates in a saturation region. Item 13. The operational amplifier circuit according to Item 12.
【請求項21】前記第2のカスコードカレントミラー部
の第3のカレントミラー回路の第2導電型のMOSトラ
ンジスタ対の共通ゲートには、前記第3のカレントミラ
ー回路を構成する前記第2導電型のMOSトランジスタ
が飽和領域で動作するような参照電圧から与える、もの
である、ことを特徴とする請求項12記載のオペアンプ
回路。
21. A common gate of a MOS transistor pair of the second conductivity type of the third current mirror circuit of the second cascode current mirror unit, the second conductivity type constituting the third current mirror circuit. 13. The operational amplifier circuit according to claim 12, wherein the MOS transistor is supplied from a reference voltage that operates in a saturation region.
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