JP2005341149A - Differential amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】 低電圧(1.0V程度)で動作可能な差動増幅回路を得る。
【解決手段】 差動対を構成する増幅回路のNMOSトランジスタQ1及びQ2のコモンモード出力電圧を取り出し、基準電圧VREFが供給される誤差検出回路(オペアンプOP1)12に供給した上記コモンモード出力電圧との差分出力を誤差信号として検出し差動増幅回路のNMOSトランジスタQ1及びQ2のゲートに抵抗R3及びR4を介して負帰還してNMOSトランジスタQ1及びQ2のドレイン電圧が基準電圧VREFと同一となる様に制御する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a differential amplifier circuit operable at a low voltage (about 1.0 V).
The common mode output voltage is extracted from the NMOS transistors Q1 and Q2 of the amplifier circuit constituting the differential pair and supplied to an error detection circuit (op-amp OP1) 12 to which a reference voltage VREF is supplied. Is output as an error signal and negatively fed back to the gates of the NMOS transistors Q1 and Q2 of the differential amplifier circuit via the resistors R3 and R4 so that the drain voltages of the NMOS transistors Q1 and Q2 are the same as the reference voltage VREF. Control as follows.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、出力直流電圧帰還型の差動増幅回路に係わり、特に、差動増幅回路の出力のコモンモードの直流電圧が一定に成るように負帰還回路によりNMOSトランジスタの差動対のゲートを制御して、NMOSトランジスタの特性にバラツキがあっても所定の利得が得られるようにした差動増幅回路に関する。 The present invention relates to a differential amplifier circuit of an output DC voltage feedback type, and in particular, the gate of a differential pair of NMOS transistors is connected by a negative feedback circuit so that the common mode DC voltage of the output of the differential amplifier circuit is constant. The present invention relates to a differential amplifier circuit that is controlled so that a predetermined gain can be obtained even if the characteristics of NMOS transistors vary.
図3は従来の差動増幅回路の一般的な構成を示すものであり、図3に於いて、入力端子T1、T2には入力信号IN、INXが、端子T3には定電流源から定電流CURが供給され、出力端子T4、T5からは出力信号OUT、OUTXが出力される。入力端子T1、T2間にはNMOSFETQ1(以下NMOSトランジスタQ1と記す)及びNMOSトランジスタQ2のゲートが接続され、両NMOSトランジスタQ1,Q2のソースは共通接続され、夫々のドレインは負荷抵抗R1、R2を介して電源電圧V1の正電極に接続されると共に出力端子T4、T5に接続されている。差動対を構成するNMOSトランジスタQ1、Q2のソースはカレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタQ3、Q4の内のNMOSトランジスタQ4のドレインに接続され、ソースは電源電圧V1の負電極に接続され、ゲートはNMOSトランジスタQ3のゲート及び定電流源に接続された端子T3に接続されている。
カレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタQ3のドレインはゲートと端子T3に接続され、NMOSトランジスタQ3のソースは電源電圧V1の負電極に接続されたものが公知である。
FIG. 3 shows a general configuration of a conventional differential amplifier circuit. In FIG. 3, input signals IN and INX are input to input terminals T1 and T2, and a constant current is supplied from a constant current source to terminal T3. CUR is supplied, and output signals OUT and OUTX are output from the output terminals T4 and T5. The gates of NMOSFET Q1 (hereinafter referred to as NMOS transistor Q1) and NMOS transistor Q2 are connected between input terminals T1 and T2, the sources of both NMOS transistors Q1 and Q2 are connected in common, and their drains are connected to load resistors R1 and R2, respectively. To the positive electrode of the power supply voltage V1 and to the output terminals T4 and T5. The sources of the NMOS transistors Q1 and Q2 constituting the differential pair are connected to the drain of the NMOS transistor Q4 of the NMOS transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit, the source is connected to the negative electrode of the power supply voltage V1, and the gate Is connected to the gate of the NMOS transistor Q3 and a terminal T3 connected to the constant current source.
It is known that the drain of the NMOS transistor Q3 constituting the current mirror circuit is connected to the gate and the terminal T3, and the source of the NMOS transistor Q3 is connected to the negative electrode of the power supply voltage V1.
又、図4に示す様に、NMOSトランジスタQ1及びQ2の夫々の共通に接続したソースを抵抗R6を介して電源電圧V1の負電極に接続し、ドレイン及び端子T3に接続されたNMOSトランジスタQ3のゲートを抵抗R3、R4を介して差動対のNMOSトランジスタQ1、Q2のゲートに接続して、図3のNMOSトランジスタQ4を抵抗R6に変え、抵抗R3、R4を介してNMOSトランジスタQ1、Q2のゲートを電流源のNMOSトランジスタQ3からバイアスするものも知られている。 Further, as shown in FIG. 4, the source of the NMOS transistors Q1 and Q2 connected in common is connected to the negative electrode of the power supply voltage V1 through the resistor R6, and the drain of the NMOS transistor Q3 connected to the terminal T3. The gates are connected to the gates of the differential pair of NMOS transistors Q1 and Q2 via resistors R3 and R4, the NMOS transistor Q4 in FIG. 3 is changed to a resistor R6, and the NMOS transistors Q1 and Q2 are connected via resistors R3 and R4. There is also known one in which the gate is biased from the NMOS transistor Q3 as a current source.
一般的に、差動増幅回路のバイアス電流を決定するソースに接続される回路は図3に示す様なNMOSトランジスタQ3、Q4からなる電流源を用いるが、電源電圧V1が1V程度の低電圧回路では電流源のNMOSトランジスタQ3、Q4のドレインソース間電圧Vdsが小さくなり、飽和領域から線形領域に遷移するため定電流動作がしにくくなるため、図4に示す様に抵抗R6でバイアス電流を決定する構成をとらざるを得ない。そのため、図4に示す様に、カレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3を用いて差動増幅回路(NMOSトランジスタQ1,Q2)の電流値Ibを決定しているため、カレントミラー回路の電流比の精度を上げるためにはゲートソース間電圧Vgsを高くするか、ゲート幅W及びゲート長Lの√WLを大きくして閾値電圧ΔVthを小さくする様にしている。然し、この様に構成するとカレントミラー回路の増幅に関与しないNMOSトランジスタQ3にも差動増幅回路(Q1,Q2)の1/5程度の電流を流さなければならないため低消費電力化に向かない問題があった。更に、NMOSトランジスタの相対精度を改善するために、ゲートのサイズ(W,L)を大きくすると寄生容量が増加して差動増幅回路の高速動作を阻害する課題を有していた。 Generally, the circuit connected to the source for determining the bias current of the differential amplifier circuit uses a current source composed of NMOS transistors Q3 and Q4 as shown in FIG. 3, but a low voltage circuit having a power supply voltage V1 of about 1V. Since the drain-source voltage Vds of the NMOS transistors Q3 and Q4 of the current source is reduced and the constant current operation is difficult because the transition is made from the saturation region to the linear region, the bias current is determined by the resistor R6 as shown in FIG. I have to take the configuration to do. Therefore, as shown in FIG. 4, since the current value Ib of the differential amplifier circuit (NMOS transistors Q1, Q2) is determined using the NMOS transistors Q1, Q2, Q3 constituting the current mirror circuit, the current mirror circuit In order to improve the accuracy of the current ratio, the gate-source voltage Vgs is increased, or the threshold voltage ΔVth is decreased by increasing √WL of the gate width W and the gate length L. However, with such a configuration, the current of about 1/5 of the differential amplifier circuit (Q1, Q2) must be supplied to the NMOS transistor Q3 which is not involved in the amplification of the current mirror circuit, and therefore it is not suitable for low power consumption. was there. Furthermore, in order to improve the relative accuracy of the NMOS transistor, when the gate size (W, L) is increased, there is a problem that the parasitic capacitance increases and obstructs the high-speed operation of the differential amplifier circuit.
さらに図5に示す様に、バイポーラトランジスタの中点電位を比較回路の基準電圧と比較した電圧を、差動増幅回路のエミッタに接続した定電流源用トランジスタのベースに帰還させた差動増幅回路が特許文献1に開示されている。
Further, as shown in FIG. 5, a differential amplifier circuit in which a voltage obtained by comparing the midpoint potential of the bipolar transistor with the reference voltage of the comparator circuit is fed back to the base of the constant current source transistor connected to the emitter of the differential amplifier circuit. Is disclosed in
上述の特許文献1の構成を図5に示す、図5に於いて、T1、T2は入力端子であり入力信号IN、INXが入力される。T4、T5の出力端子からは出力信号OUT、OUTXが出力される。入力端子T1、T2間にはバイポーラ型のNPNトランジスタTr1及びTr2のベースが接続され、両バイポーラ型のNPNトランジスタTr1、Tr2のエミッタは共通接続されると共に夫々のコレクタは負荷抵抗R1、R2を介して電源電圧V1の正電極に接続されると共に出力端子T4、T5に接続されている。差動対を構成するバイポーラ型のNPNトランジスタTr1、Tr2のエミッタは電流源を構成するバイポーラ型のNPNトランジスタTr4のコレクタに接続され、エミッタは電源電圧V1に抵抗R10を介してグランドに接続され、差動対を構成するバイポーラ型のNPNトランジスタTr1、Tr2のコレクタ間には直列抵抗R7、R8が接続され、直列接続中点Aから中点電圧が取り出されてオペアンプOP1の非反転端子(+)3に供給され、反転端子(−)2には基準電源V2から基準電圧が供給されオペアンプOP1の出力1はバイポーラ型のNPNトランジスタTr4のベースを介して差動増幅回路NPNトランジスタTri,Tr2に負帰還されている。
従来の一般的な差動増幅回路によって、一定の利得gmを得る方法は、図3に示すように差動対のNMOSトランジスタQ1及びQ2に電流源より一定の電流Ibを流し、差動対の増幅回路のドレインと電源電圧V1間に配設した負荷抵抗R1、R2で利得gmを定めていた。 As shown in FIG. 3, a constant current Ib is supplied from a current source to the NMOS transistors Q1 and Q2 of the differential pair to obtain a constant gain gm by a conventional general differential amplifier circuit. The gain gm is determined by the load resistors R1 and R2 disposed between the drain of the amplifier circuit and the power supply voltage V1.
然し、図3に示すように電流源用のNMOSトランジスタQ3、Q4を用いる場合は差動増幅回路の電源電圧V1の電圧を下げて0.7V〜1V程度になると、電流源を構成するNMOSトランジスタQ3、Q4のドレインソース間電圧Vdsが0.1〜0.2Vと小さくなる。これはNMOSトランジスタQ3、Q4が飽和領域から線形領域に選移するためである。この為にNMOSトランジスタQ3、Q4により定電流動作をさせることが難しくなる課題を有していた。 However, when using NMOS transistors Q3 and Q4 for the current source as shown in FIG. 3, when the voltage of the power supply voltage V1 of the differential amplifier circuit is lowered to about 0.7V to 1V, the NMOS transistor constituting the current source The drain-source voltage Vds of Q3 and Q4 is reduced to 0.1 to 0.2V. This is because the NMOS transistors Q3 and Q4 are switched from the saturation region to the linear region. For this reason, there has been a problem that it is difficult to perform a constant current operation by the NMOS transistors Q3 and Q4.
従って、図4に示す様に抵抗R6によってバイアス電流を決定する構造をとらざるを得ない。その為、従来例では図4に示す様に、カレントミラー回路(NMOSトランジスタQ1,Q2,Q3)を用いて、差動増幅回路(NMOSトランジスタQ1,Q2)の電流値Ibを決めている。 Therefore, as shown in FIG. 4, a structure in which the bias current is determined by the resistor R6 must be taken. Therefore, in the conventional example, as shown in FIG. 4, the current value Ib of the differential amplifier circuit (NMOS transistors Q1, Q2) is determined using a current mirror circuit (NMOS transistors Q1, Q2, Q3).
然し、図4の様な差動増幅回路でカレントミラー回路の電流比の精度を上げるためには
(a)NMOSトランジスタQ3のゲートソース間電圧Vgsを高くする。
(b)NMOSトランジスタQ3のゲート長L、ゲート幅Wの√WLを大きくして閾値電圧Vthを小さくする。
(c)カレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタQ3にも差動増幅回路のNMOSトランジスタQ1,Q2のバイアス電流Ibの1/5程度の電流Icを流す必要がある等の原因で低消費電力化に向かない課題を有していた。
However, in order to increase the accuracy of the current ratio of the current mirror circuit in the differential amplifier circuit as shown in FIG. 4, (a) the gate-source voltage Vgs of the NMOS transistor Q3 is increased.
(B) The gate length L and the gate width W of the NMOS transistor Q3 are increased to reduce the threshold voltage Vth.
(C) Low power consumption due to the fact that it is necessary to pass a current Ic of about 1/5 of the bias current Ib of the NMOS transistors Q1 and Q2 of the differential amplifier circuit to the NMOS transistor Q3 constituting the current mirror circuit. There was an unsuitable problem.
更に、NMOSトランジスタの相対精度を改善するためゲート長L及びゲート幅Wを大きくすると寄生容量が増加するため差動増幅回路の高速化を阻害する課題を有していた。 Furthermore, when the gate length L and the gate width W are increased in order to improve the relative accuracy of the NMOS transistor, the parasitic capacitance is increased, which hinders the speeding up of the differential amplifier circuit.
更に、又、特許文献1の差動増幅回路は図5に示されている様に、パイポーラ型のNPNトランジスタTr1,Tr2の共通接続したエミッタに接続した電流源のパイポーラ型のNPNトランジスタTr4のベースに中点電位と基準値を比較した比較出力を供給して、差動増幅回路を帰還制御しているが、電流源用にNPNトランジスタTr4を用いているのでコレクタエミッタ間電圧として飽和電圧以下ではNPNトランジスタTr4が正常に動作しないため少なくとも0.3V程度の電圧が生ずる様なバイアスが必要であるので差動対を構成するNPNトランジスタTr1及びTr2のエミッタ電圧は0.5V程度の高い電圧になってしまう課題を有していた。
Further, as shown in FIG. 5, the differential amplifier circuit of
本発明は叙上の課題を解消するために成されたもので携帯電話等の電池で動作する無線通信用の高周波ICには、通信時間を長時間化するために、少ない消費電力で動作する事が求められている。本発明はこのような高周波IC内に用いる差動増幅回路の低電源電圧動作を実現し、低消費電力化を図った増幅回路を提供すること目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a high-frequency IC for wireless communication that operates on a battery such as a mobile phone operates with low power consumption in order to extend the communication time. Things are required. An object of the present invention is to provide an amplifier circuit that realizes low power supply voltage operation of a differential amplifier circuit used in such a high-frequency IC and achieves low power consumption.
本発明の第1の差動増幅回路は、ソース同士が結合されたNMOSトランジスタの差動対と、NMOSトランジスタの差動対のソースとグランド間に接続した抵抗と、NMOSトランジスタの夫々の差動対のドレインと電源間に接続した負荷抵抗と、NMOSトランジスタの差動対のドレイン直流電圧の中点を求めるために設けられたドレイン同士を接続する抵抗及び容量と、容量に生じている直流電圧と基準電圧の入力される誤差検出回路とを具備し、この誤差検出回路の出力はNMOSトランジスタの差動対のゲートと接続され、基準電圧とドレインの直流電圧の値が同じになるようにゲートの電圧を制御するように成したものである。 A first differential amplifier circuit according to the present invention includes a differential pair of NMOS transistors whose sources are coupled to each other, a resistor connected between the source and ground of the differential pair of NMOS transistors, and a differential pair of the NMOS transistors. A load resistor connected between the drain of the pair and the power source, a resistor and a capacitor for connecting the drains provided to determine the midpoint of the drain DC voltage of the differential pair of the NMOS transistor, and a DC voltage generated in the capacitor And an error detection circuit to which a reference voltage is input, and the output of the error detection circuit is connected to the gate of the differential pair of the NMOS transistor so that the reference voltage and the DC voltage of the drain are the same. Is configured to control the voltage of the.
本発明の第2の差動増幅回路は、第1の発明において、誤差検出回路をNMOSトランジスタの差動入力とPMOSトランジスタによる折り返し型回路で構成したものである。 According to a second differential amplifier circuit of the present invention, in the first invention, the error detection circuit is configured by a folded type circuit including a differential input of an NMOS transistor and a PMOS transistor.
第1の本発明によれば、差動対の増幅回路Q1,Q2のソース電圧は0.2V程度の低電圧で動作する増幅回路が実現できるようになり、差動増幅回路の出力負荷抵抗R1,R2での電圧降下を一定の値に保つことができるので、MOSトランジスタQ1,Q2の特性(Vth)がばらついても設定した利得で動作する増幅回路が実現できる。又、バイアス回路のNMOSトランジスタQ3、Q4に必要な電流が少なくて済むので、差動増幅回路を低消費電力化できる利点を有する。更に、第2の本発明によれば、すべてをMOSFETで構成可能な高周波ICを簡単なプロセスで作成することが出来る。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to realize an amplifier circuit that operates with a source voltage of the amplifier circuits Q1 and Q2 of the differential pair as low as about 0.2V, and an output load resistor R1 of the differential amplifier circuit. , R2 can be maintained at a constant value, so that an amplifier circuit that operates with a set gain can be realized even if the characteristics (Vth) of the MOS transistors Q1, Q2 vary. Further, since the current required for the NMOS transistors Q3 and Q4 of the bias circuit can be reduced, there is an advantage that the power consumption of the differential amplifier circuit can be reduced. Furthermore, according to the second aspect of the present invention, a high frequency IC that can be entirely composed of MOSFETs can be produced by a simple process.
以下、本発明の差動増幅回路の1形態例を図1によって詳記する。図1は本発明の差動増幅回路の回路図である。図1に於いて、図3及び図4で示した差動入力差動出力型増幅回路との対応部分には同一符号を付して説明する。 Hereinafter, one embodiment of the differential amplifier circuit of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit according to the present invention. 1 corresponding to the differential input / differential output type amplifier circuit shown in FIG. 3 and FIG.
図1に於いて、入力端子T1、T2には入力信号IN、INXが、端子T3には定電流源から定電流CURが供給され、出力端子T4、T5からは出力信号OUT、OUTXが出力される。入力端子T1、T2間にはNMOSトランジスタQ1及びNMOSトランジスタQ2のゲートが接続され、両NMOSトランジスタQ1,Q2のソースは共通接続されている。夫々のドレインは負荷抵抗R1、R2を介して電源電圧V1の正電極に接続されると共に出力端子T4、T5に接続されている。出力端子T4、T5間には抵抗R7とR8の直列回路が接続され、抵抗R7とR8の直列接続中点Aと電源電圧V1の正電極間にはコンデンサC1が接続されている。この、抵抗R7とR8の直列接続中点Aから取り出した出力の中点電圧は誤差検出回路を構成するオペアンプOP1の非反転端子(+)3に供給されている。オペアンプOP1の出力端1は差動対の増幅回路を構成するNMOSトランジスタQ1、Q2のゲートに抵抗R3、R4を介して接続され、ソースは抵抗R6を介して電源電圧V1の負電極に接続されている。
In FIG. 1, input signals IN and INX are supplied to input terminals T1 and T2, constant current CUR is supplied from a constant current source to terminal T3, and output signals OUT and OUTX are output from output terminals T4 and T5. The Between the input terminals T1 and T2, the gates of the NMOS transistor Q1 and the NMOS transistor Q2 are connected, and the sources of both the NMOS transistors Q1 and Q2 are connected in common. The respective drains are connected to the positive electrode of the power supply voltage V1 via the load resistors R1 and R2 and to the output terminals T4 and T5. A series circuit of resistors R7 and R8 is connected between the output terminals T4 and T5, and a capacitor C1 is connected between the series connection middle point A of the resistors R7 and R8 and the positive electrode of the power supply voltage V1. The midpoint voltage output from the series connection midpoint A of the resistors R7 and R8 is supplied to the non-inverting terminal (+) 3 of the operational amplifier OP1 that constitutes the error detection circuit. The
カレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタQ3、Q4のゲートは互いに接続されて端子T3に接続され、この端子T3はNMOSトランジスタQ3のドレインに接続され、ソースは電源電圧V1の負電極に接続されている。NMOSトランジスタQ4のドレインは電源電圧V1の正電極に抵抗9を介して接続されると共にオペアンプOP1の反転端子(−)2に接続されて、ソースは電源電圧V1の負電極に接続されている。 The gates of the NMOS transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit are connected to each other and connected to the terminal T3, the terminal T3 is connected to the drain of the NMOS transistor Q3, and the source is connected to the negative electrode of the power supply voltage V1. . The drain of the NMOS transistor Q4 is connected to the positive electrode of the power supply voltage V1 via the resistor 9 and is connected to the inverting terminal (−) 2 of the operational amplifier OP1, and the source is connected to the negative electrode of the power supply voltage V1.
上述の回路構成における本発明の差動増幅回路の動作を以下に説明する。
図1に於いて、本発明はコモンモード電圧帰還によるバイアス回路を持った差動増幅回路とされている。差動対のNMOSトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ2から成る増幅回路に入力IN、INXからバランスモードで信号を入力し、その出力をOUT、OUTXに得る。この差動増幅回路のゲインはgmと負荷抵抗(R7,R8)との積で表される。gmは差動増幅回路のバイアス電流Ibと式(3)で定義されるβの積で下記の(1)式で決定されるので、gmを一定に保つには電流を一定の値となるようなバイアス回路を使わなければならない。
The operation of the differential amplifier circuit of the present invention in the above circuit configuration will be described below.
In FIG. 1, the present invention is a differential amplifier circuit having a bias circuit by common mode voltage feedback. A signal is input in a balanced mode from inputs IN and INX to an amplifier circuit composed of a differential pair NMOS transistor Q1 and NMOS transistor Q2, and the output is obtained as OUT and OUTX. The gain of this differential amplifier circuit is represented by the product of gm and load resistance (R7, R8). gm is a product of the bias current Ib of the differential amplifier circuit and β defined by Equation (3), and is determined by the following equation (1). Therefore, in order to keep gm constant, the current should be a constant value. A bias circuit must be used.
Ids=ドレイン電流
μ=移動度
Cox=酸化膜厚
W=ゲート幅
L=ゲート長
Vgs=ゲートソース間電圧
Vt=閾値
である。
本発明では図4の様にカレントミラー回路を用いることなく、差動対を構成するNMOSトランジスタQ1及びQ2の入力端子T1,T2に供給された入力信号IN,INXを出力端子T4,T5より増幅された出力信号OUT,OUTXを出力する際に、抵抗R7,R8とコンデンサC1によってコンデンサC1に蓄積されたコモンモードの中点電位Aを誤差検出回路(オペアンプ)OP1の非反転端子3に供給し、オペアンプOP1の反転端子(−)2にはバイアス回路を構成するNMOSトランジスタQ3及びQ4に定電流源から端子T3に供給される定電流を供給した基準電圧が供給されて、オペアンプOP1の出力端子1は差動対を構成する増幅回路用NMOSトランジスタQ1及びQ2のゲートに抵抗R3及びR4を介して負帰還されることでNMOSトランジスタQ1及びQ2のドレイン電圧と基準電圧とが同一と成る様に制御している。
In the present invention, the input signals IN and INX supplied to the input terminals T1 and T2 of the NMOS transistors Q1 and Q2 constituting the differential pair are amplified from the output terminals T4 and T5 without using a current mirror circuit as shown in FIG. When outputting the output signals OUT and OUTX, the common mode midpoint potential A accumulated in the capacitor C1 by the resistors R7 and R8 and the capacitor C1 is supplied to the non-inverting terminal 3 of the error detection circuit (op-amp) OP1. The inverting terminal (−) 2 of the operational amplifier OP1 is supplied with the reference voltage supplied with the constant current supplied from the constant current source to the terminal T3 to the NMOS transistors Q3 and Q4 constituting the bias circuit, and the output terminal of the operational amplifier OP1.
本発明では叙上の様に構成し、動作するので図4に示した従来構成の様に高い電流比の精度を得るために、余計な電力を必要とするカレントミラー回路が不用となり、低電圧で駆動可能で低消費電力用の増幅回路が構築できる。又、電源電圧を上げて行くと差動対を構成している増幅回路のNMOSトランジスタQ1及びQ2のドレインソース間電圧Vdsも高くなりドレインソース電流Idsも大きくなってしまうが、本発明では出力での抵抗R7,R8の電圧降下を一定にするように負帰還を掛ける様にしたのでドレインソース間電圧Vdsの上昇による影響を受けることなく一定のバイアス電流Ibを増幅回路に流すことが可能となる。更に図5に示したパイポーラ型のNPNトランジスタTr4のコレクタエミッタ間電圧(0.5V)に比べ本発明ではNMOSトランジスタQ1,Q2のソース電圧(0.2V)と低く出来て回路の低電圧動作が可能と成る。 Since the present invention is configured and operated as described above, a current mirror circuit that requires extra power is not required to obtain high current ratio accuracy as in the conventional configuration shown in FIG. It is possible to construct an amplifier circuit that can be driven with low power consumption. As the power supply voltage is increased, the drain-source voltage Vds of the NMOS transistors Q1 and Q2 of the amplifier circuit constituting the differential pair also increases and the drain-source current Ids also increases. Since negative feedback is applied so as to make the voltage drop of the resistors R7 and R8 constant, a constant bias current Ib can be supplied to the amplifier circuit without being affected by the rise of the drain-source voltage Vds. . Further, compared with the collector-emitter voltage (0.5V) of the bipolar NPN transistor Tr4 shown in FIG. 5, the present invention can reduce the source voltage (0.2V) of the NMOS transistors Q1 and Q2 to a low voltage operation of the circuit. It becomes possible.
次に、図2を用いて、図1に示したオペアンプOP1で構成した誤差検出回路をすべてMOSFETで構成してIC構築時の工数の簡略化を図り、1V程度の低電圧で誤差検出回路が動作可能な回路構成を説明する。 Next, referring to FIG. 2, the error detection circuit constituted by the operational amplifier OP1 shown in FIG. 1 is all constituted by MOSFETs to simplify the man-hours when constructing the IC, and the error detection circuit can be realized with a low voltage of about 1V. An operable circuit configuration will be described.
図2に於いて、1点鎖線で示す差動増幅回路10及びバイアス及び電源回路11は図1に示した構成と同一であるので同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。 In FIG. 2, the differential amplifier circuit 10 and the bias and power supply circuit 11 indicated by the alternate long and short dash line are the same as those shown in FIG.
図2に於いて、コモンモードの負帰還回路を構成する誤差検出回路12を破線内に示す。
In FIG. 2, the
図2に示す誤差検出回路12に於いて、図1に示すオペアンプOP1の非反転端子(+)2に対応するNMOSトランジスタQ6のゲートにはコンデンサC1に蓄積されたコモンモードの中点電位Aが供給され、反転端子(−)3に対応するNMOSトランジスタQ5のゲートにはバイアス回路11のNMOSトランジスタQ4のドレインを介してバイアス用の定電流源(Q3、Q4)からの基準電圧が供給されている。又、オペアンプOP1の出力端子に1で示すNMOSトランジスタQ11のドレインとPMOSトランジスタQ10のドレインの接続点から取り出された誤差検出回路12の誤差電圧が差動増幅回路10の差動対を構成するNMOSトランジスタQ1及びQ2のゲートに抵抗R3及びR4を介して負帰還されている。
In the
NMOSトランジスタQ5及びQ6のソースは互に共通接続され、共通接続されたソースにはNMOSトランジスタQ7のドレインが接続されている。このNMOSトランジスタQ7のソースは電源電圧V1の負電極(グランド)に接続され、ゲートは後述するNMOSトランジスタQ9のゲート及びバイアス回路11のNMOSトランジスタQ4及びQ3のゲート並びに端子T3に接続されている。 The sources of the NMOS transistors Q5 and Q6 are commonly connected to each other, and the drain of the NMOS transistor Q7 is connected to the commonly connected source. The source of the NMOS transistor Q7 is connected to the negative electrode (ground) of the power supply voltage V1, and the gate is connected to the gate of the NMOS transistor Q9 described later, the gates of the NMOS transistors Q4 and Q3 of the bias circuit 11, and the terminal T3.
差動対構成のNMOSトランジスタQ5及びQ6のドレインは抵抗R11及びR12を介して電源電圧V1の正電極に接続されると共に折り返し用のPMOSトランジスタQ10及びQ12のソースに接続されている。 The drains of the NMOS transistors Q5 and Q6 in the differential pair configuration are connected to the positive electrode of the power supply voltage V1 via the resistors R11 and R12 and to the sources of the folding PMOS transistors Q10 and Q12.
バイアス回路11のNMOSトランジスタQ4のゲートに接続されたNMOSトランジスタQ9のソースはグランド電位に接地され、ドレインはPMOSトランジスタQ8のドレインに接続されている。PMOSトランジスタQ8のソースは抵抗R13を介して電源電圧V1の正電極に接続され、ソースとゲートは共通接続されている。 The source of the NMOS transistor Q9 connected to the gate of the NMOS transistor Q4 of the bias circuit 11 is grounded to the ground potential, and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor Q8. The source of the PMOS transistor Q8 is connected to the positive electrode of the power supply voltage V1 via the resistor R13, and the source and gate are connected in common.
折り返し用のPMOSトランジスタQ10及びQ12のドレインは電流源用のNMOSトランジスタQ11及びQ13のドレインに接続され、NMOSトランジスタQ11及びQ13の夫々ソースはグランドに接続され、NMOSトランジスタQ11とQ13のゲートは共通接続され、この共通接続されたゲートはNMOSトランジスタQ13のドレインに接続されている。又、PMOSトランジスタQ8,Q10,Q11のゲートは共通に接続された構成とされる。 The drains of the folding PMOS transistors Q10 and Q12 are connected to the drains of the current source NMOS transistors Q11 and Q13, the sources of the NMOS transistors Q11 and Q13 are connected to the ground, and the gates of the NMOS transistors Q11 and Q13 are connected in common. The commonly connected gate is connected to the drain of the NMOS transistor Q13. Further, the gates of the PMOS transistors Q8, Q10, Q11 are connected in common.
上述の構成での誤差検出回路12の動作を説明する。差動対を構成するNMOSトランジスタQ5,Q6の非反転端子2及び反転端子3に供給された中点電位Aとバイアス回路の電流源用のNMOSトランジスタQ3,Q4から供給された基準電圧VREFは中点電位の直流電圧との誤差電流I1及びI2が折り返し用のPMOSトランジスタQ10及びQ12にて折り返された誤差信号が出力端子1から取り出されて差動型増幅回路のNMOSトランジスタQ1及びQ2のゲートに負帰還することでNMOSトランジスタQ1及びQ2のドレイン電圧と基準電圧VREFが常時一定に成る様に制御する様に成されている。
The operation of the
尚、NPNトランジスタQ3,Q4,Q7,Q9及びQ11,Q13は電流源を構成するトランジスタであり、PMOSQ8は折り返し用のトランジスタである。 The NPN transistors Q3, Q4, Q7, Q9 and Q11, Q13 are transistors constituting a current source, and the PMOS Q8 is a folding transistor.
図2の構成及び動作で例えば、電源電圧V1を1Vとした場合のNMOSトランジスタQ5,Q6のソース電圧=0.2V、NMOSトランジスタQ6のゲート電圧=0.9V、折り返し用のPMOSトランジスタQ10,Q12のゲート電圧=0.2V、PMOSトランジスタQ10,Q12のソース電圧は0.9V程度となって電源電圧V1を1Vの低電圧で動作可能なMOSFETだけで構成可能な差動型増幅回路が得られるので図5に示すようにパイポーラトランジスタを用いることないロジックと混載可能な増幅回路が得られる。 2, for example, when the power supply voltage V1 is 1V, the source voltage of the NMOS transistors Q5 and Q6 is 0.2V, the gate voltage of the NMOS transistor Q6 is 0.9V, and the folding PMOS transistors Q10 and Q12. Gate voltage = 0.2V, the source voltage of the PMOS transistors Q10, Q12 is about 0.9V, and a differential amplifier circuit can be obtained which can be configured by only a MOSFET which can operate the power supply voltage V1 at a low voltage of 1V. Therefore, as shown in FIG. 5, an amplifier circuit which can be mixed with logic without using a bipolar transistor is obtained.
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q9,Q11,Q13‥‥NMOSトランジスタ、Q8,Q10,Q12‥‥PMOSトランジスタ、OP1‥‥オペアンプ、10‥‥差動増幅回路、11‥‥バイアス及び電源回路、12‥‥誤差検出回路 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q9, Q11, Q13 ... NMOS transistor, Q8, Q10, Q12 ... PMOS transistor, OP1 ... operational amplifier, 10 ... differential amplifier circuit, 11 ... Bias and power supply circuit, 12 ... Error detection circuit
Claims (2)
上記NMOSトランジスタの差動対のソースとグランド間に接続した抵抗と、
上記NMOSトランジスタの夫々の差動対のドレインと電源間に接続した負荷抵抗と、
上記NMOSトランジスタの差動対のドレイン直流電圧の中点を求めるために設けられたドレイン同士を接続する抵抗及び容量と、
上記容量に生じている直流電圧と基準電圧の入力される誤差検出回路とを具備し、
上記誤差検出回路の出力は上記NMOSトランジスタの差動対のゲートと接続され、上記基準電圧とドレインの直流電圧の値が同じになるようにゲートの電圧を制御するように成したことを特徴とする差動増幅回路。 A differential pair of NMOS transistors with sources coupled together;
A resistor connected between the source of the differential pair of the NMOS transistor and the ground;
A load resistor connected between the drain of each differential pair of the NMOS transistor and the power supply;
A resistor and a capacitor for connecting the drains provided to determine the midpoint of the drain DC voltage of the differential pair of the NMOS transistor;
An error detection circuit to which a DC voltage generated in the capacitor and a reference voltage are input;
The output of the error detection circuit is connected to the gate of the differential pair of the NMOS transistor, and the gate voltage is controlled so that the reference voltage and the DC voltage of the drain are the same. Differential amplifier circuit.
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