JPH06232654A - Operational amplifier circuit - Google Patents

Operational amplifier circuit

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JPH06232654A
JPH06232654A JP5016027A JP1602793A JPH06232654A JP H06232654 A JPH06232654 A JP H06232654A JP 5016027 A JP5016027 A JP 5016027A JP 1602793 A JP1602793 A JP 1602793A JP H06232654 A JPH06232654 A JP H06232654A
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JP
Japan
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transistors
trs
drains
source
drain
Prior art date
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Application number
JP5016027A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirotaka Yamane
浩敬 山根
Toshiyuki Eto
俊之 江藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a circuit configuration of a full differential amplifier circuit capable of fixing an in-phase potential at an output terminal to a desired value, low in the sensitivity against dispersion in the elements and high in in-phase gain. CONSTITUTION:Transistors(TRs) 10, 11, 33 form a differential pair and drains are respectively connected to drains of constant current source TRs 31, 32. Furthermore, drains of TRs 19, 20 whose gates are connected respectively to output terminals 72, 73 are connected in common and to a TR 17 in cascade and connected to a mirror circuit comprising TRs 16, 12 and 16, 6, drains of the TRs 6, 12 are connected respectively to drains of the differential pair and the drains are connected to drains of TRs 9, 15 whose gates connect to a reference potential point via TRs 8, 14 in cascode connection. TRs 22, 24 form an output stage and TRs 1-5 and a constant current source 50 form a bias circuit.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は演算増幅回路に関し、特
に集積回路化された全差動演算増幅回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operational amplifier circuit, and more particularly to an integrated circuit fully differential operational amplifier circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の全差動演算増幅回路は、図3に示
すように差動回路の入力段と、縦続接続された出力段お
よび同相帰還回路を有する(例えば、IEEE J.S
olid−State Circuits.SC−1
7,969−982)。
2. Description of the Related Art A conventional fully differential operational amplifier circuit has an input stage of a differential circuit, an output stage and a common mode feedback circuit connected in cascade as shown in FIG. 3 (for example, IEEE J.S.
solid-State Circuits. SC-1
7,969-982).

【0003】図3に示された回路は、トランジスタ10
7,108,111で構成される差動回路と、トランジ
スタ130〜139で構成されるカスコード回路の出力
段および同相帰還回路で構成される。ここでトランジス
タ103、および定電流源150は、バイアス回路であ
る。
The circuit shown in FIG. 3 has a transistor 10
A differential circuit composed of 7, 108 and 111, an output stage of a cascode circuit composed of transistors 130 to 139 and an in-phase feedback circuit. Here, the transistor 103 and the constant current source 150 are a bias circuit.

【0004】次に、動作について説明する。入力端子1
60,161に印加された差動入力信号は、入力の差動
回路により差動電流に変換され、次段の出力回路に入力
される。トランジスタ131と138,トランジスタ1
32と137,トランジスタ133と136のゲート
は、各々端子165,166,167に導出され、一定
電圧にバイアスされる。トランジスタ131と138,
トランジスタ132と137はカスコード回路を構成
し、高い出力インピーダンスを有することにより、大き
な電圧増幅率を得ている。トランジスタ134と135
のドレイン−ソース間電圧は、各々のゲート−ソース間
電圧よりも小さいため、三極管領域で動作をしている。
Next, the operation will be described. Input terminal 1
The differential input signal applied to 60 and 161 is converted into a differential current by the input differential circuit and input to the output circuit of the next stage. Transistors 131 and 138, transistor 1
The gates of 32 and 137 and the transistors 133 and 136 are led to terminals 165, 166 and 167, respectively, and are biased to a constant voltage. Transistors 131 and 138,
The transistors 132 and 137 form a cascode circuit and have a high output impedance to obtain a large voltage amplification factor. Transistors 134 and 135
Since the drain-source voltage of is smaller than the gate-source voltage of each, it operates in the triode region.

【0005】いま、何らかの理由で、出力端子162,
163の同相電位が高くなったとすると、トランジスタ
134と135のON抵抗は大きくなり、トランジスタ
132と137を流れる電流は減少する。このため、出
力端子の電位は低くなろうとする。即ち、同相帰還回路
として動作している事が分かる。この回路は、差動入
力,差動出力であるため、同相雑音に対する影響を抑え
る事ができる。また、出力信号のダイナミック・レンジ
もシングルエンド型の回路に比べ、2倍となり、S/N
に対し有利となる。
For some reason, the output terminals 162,
If the common-mode potential of 163 increases, the ON resistances of the transistors 134 and 135 increase, and the current flowing through the transistors 132 and 137 decreases. Therefore, the potential of the output terminal tends to decrease. That is, it can be seen that it operates as a common-mode feedback circuit. Since this circuit has a differential input and a differential output, it is possible to suppress the influence on common-mode noise. Also, the dynamic range of the output signal is double that of the single-ended circuit, and the S / N
Against.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の全差動
演算増幅回路では、出力端子の同相電位を希望の電位に
固定することが難しく、素子バラツキに対する感度が高
い。また、同相信号に対する利得が低いため、用途によ
っては同相雑音の抑圧度が不足するという欠点がある。
さらに、出力部分でトランジスタが何段にも縦積みされ
た構成となっているので、電源電圧が低い時には不向き
である。
In the conventional full differential operational amplifier circuit described above, it is difficult to fix the in-phase potential of the output terminals to a desired potential, and the sensitivity to element variation is high. Further, since the gain for the in-phase signal is low, there is a drawback that the degree of suppression of the in-phase noise is insufficient depending on the application.
Further, since the output portion has a structure in which transistors are vertically stacked in multiple stages, it is not suitable when the power supply voltage is low.

【0007】本発明の目的は、このような欠点を除き、
素子バラツキに対して安定度の高い演算増幅回路を提供
することにある。
The object of the present invention is to eliminate these drawbacks.
An object of the present invention is to provide an operational amplifier circuit with high stability against element variations.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の演算増幅
回路の構成は、ゲートが入力端子に各々導出された差動
対を設け、前記差動対のドレイン又はソースがそれぞ
れ、ソース又はドレインを第1の電源に接続した第1,
第2のトランジスタのドレイン又はソースに接続され、
前記第1,第2のトランジスタは、ソース又はドレイン
を前記第1の電源に接続した第3のトランジスタとカレ
ントミラー回路を形成し、前記第3のトランジスタのゲ
ートとドレイン又はソースは、カスコード接続された第
4のトランジスタを介して、ドレイン又はソースが共通
接続されかつそれぞれのゲートが出力端子に接続された
第5,第6のトランジスタのドレイン又はソースに接続
され、前記差動対の出力は、カスコード接続された第
7,第8のトランジスタを介して、第9,第10の出力
トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、かつカスコ
ード接続された第11,第12のトランジスタを介し
て、ゲートが第3の電源に接続された第13,第14の
トランジスタのドレイン又はソースに接続されているこ
とを特徴とする。
According to a first operational amplifier circuit of the present invention, a differential pair having a gate led to an input terminal is provided, and a drain or a source of the differential pair is a source or a source. The first with the drain connected to the first power supply,
Connected to the drain or source of the second transistor,
The first and second transistors form a current mirror circuit with a third transistor whose source or drain is connected to the first power supply, and the gate and drain or source of the third transistor are cascode-connected. Via the fourth transistor, the drain or source is connected in common and the gates are connected to the drain or source of the fifth and sixth transistors respectively connected to the output terminal, the output of the differential pair, The gate is connected to the gates of the ninth and tenth output transistors via the cascode-connected seventh and eighth transistors, respectively, and the gate is connected to the third via the cascode-connected eleventh and twelfth transistors. It is connected to the drains or sources of the thirteenth and fourteenth transistors connected to the power source.

【0009】本発明の第2の演算増幅回路の構成は、前
記第1の演算増幅回路に加えて、さらに前記第1,第2
のトランジスタとそれぞれ並列に第15,第16のトラ
ンジスタが接続され、前記第15,第16のトランジス
タのゲートはいずれも第4の電源に接続されていること
を特徴とする。
According to a second operational amplifier circuit of the present invention, in addition to the first operational amplifier circuit, the first and second operational amplifier circuits are further provided.
Fifteenth and sixteenth transistors are connected in parallel with the transistor of FIG. 5, and the gates of the fifteenth and sixteenth transistors are both connected to the fourth power supply.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例の演算増幅回
路を示す回路図である。図1において、本第1の実施例
の演算増幅回路は、トランジスタ10,11,33で差
動対を構成し、前記差動対のドレインがそれぞれ、定電
流源を担うトランジスタ31,32のドレインに接続さ
れている。また、出力端子がゲートに接続されたトラン
ジスタ19,20のそれぞれのドレインが共通に接続さ
れかつ前記ドレインがカスコード接続されたトランジス
タ17を介して、トランジスタ16と12、かつトラン
ジスタ16と6とで構成されたミラー回路に接続され、
かつ前記ミラー回路のトランジスタ6,12のドレイン
が前記差動対のドレインにそれぞれ接続されている。ま
た、前記差動対のドレインはカスコード接続されたトラ
ンジスタ8,14を介して、ゲートが基準電位に接続さ
れたトランジスタ9,15のドレインに接続されてい
る。トランジスタ22,24で出力段が構成され、トラ
ンジスタ1〜5、定電流源50でバイアス回路を構成す
る。また、抵抗60,62,容量61,63の直列体
が、それぞれトランジスタ22,24に接続される。
1 is a circuit diagram showing an operational amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, in the operational amplifier circuit according to the first embodiment, transistors 10, 11, 33 form a differential pair, and the drains of the differential pair respectively serve as drains of transistors 31, 32 which serve as constant current sources. It is connected to the. Further, transistors 16 and 12 and transistors 16 and 6 are formed via a transistor 17 in which the drains of the transistors 19 and 20 whose output terminals are connected to the gates are commonly connected and the drains are cascode-connected. Connected to the mirror circuit,
The drains of the transistors 6 and 12 of the mirror circuit are connected to the drains of the differential pair, respectively. Further, the drains of the differential pair are connected to the drains of the transistors 9 and 15 whose gates are connected to the reference potential via the cascode-connected transistors 8 and 14. The transistors 22 and 24 form an output stage, and the transistors 1 to 5 and the constant current source 50 form a bias circuit. A series body of resistors 60 and 62 and capacitors 61 and 63 is connected to the transistors 22 and 24, respectively.

【0011】以上の特徴を持った構成とする事で、出力
の同相電位を、第3の電源と同電位になるように同相帰
還をかけることが可能となる。
With the configuration having the above characteristics, it is possible to perform in-phase feedback so that the in-phase potential of the output becomes the same potential as that of the third power source.

【0012】次に、この構成における通常時の動作を説
明する。前記差動対を構成するトランジスタ10,11
のゲートを入力端子70,71とし、前記入力端子7
0,71に印加された入力差動信号は、ゲート接地トラ
ンジスタ7,13と負荷トランジスタ8,14を介して
増幅され、次段の出力トランジスタ22,24により更
に増幅され、差動出力端子72,73から出力される。
Next, the normal operation of this structure will be described. Transistors 10 and 11 forming the differential pair
The input terminals 70 and 71, and the input terminal 7
The input differential signals applied to 0 and 71 are amplified through the grounded-gate transistors 7 and 13 and the load transistors 8 and 14, and are further amplified by the output transistors 22 and 24 in the next stage, and the differential output terminals 72 and It is output from 73.

【0013】次に、同相帰還時の動作について説明す
る。まず、何らかの理由で、差動出力の同相信号成分が
増加した場合を考える。このとき、トランジスタ19,
20のドレインの電位が十分に低く設定されていれば、
各々は3極管領域で動作しているので、トランジスタの
ON抵抗は小さくなる。従って、トランジスタ19,2
0のドレイン電流が増加する。この増加した分の電流
は、トランジスタ6,12,16で構成されるカレント
ミラー回路を介して、前記差動対の出力に帰還される。
このように帰還された電流は、トランジスタ8,14,
9,15,33,31,32の電流が固定されているの
で、トランジスタ22,24で構成される出力段への信
号に重畳され、トランジスタ22,24のゲート電位を
押し上げ、トランジスタ22,24の出力電流であるド
レイン電流を増加させ、差動出力の同相電位を引き下げ
ることができる。このとき、帰還が安定に達するのは、
定電流源を担うトランジスタ31,32からの電流に同
相帰還を与えるトランジスタ6,12との電流の和が、
基準電位にゲートが固定された負荷トランジスタ9,1
5の電流とバランスしたときである。トランジスタ9,
15のゲートが基準電位に接続されているということ
は、その電流は、基準電位を参照しているということで
あり、つまり、差動出力の同相電位は、基準電位によっ
て、一意に決めることができる。
Next, the operation during in-phase feedback will be described. First, consider the case where the in-phase signal component of the differential output increases for some reason. At this time, the transistor 19,
If the drain potential of 20 is set low enough,
Since each operates in the triode region, the ON resistance of the transistor is small. Therefore, the transistors 19, 2
The zero drain current increases. The increased current is fed back to the output of the differential pair via the current mirror circuit composed of the transistors 6, 12 and 16.
The current fed back in this way is applied to the transistors 8, 14,
Since the currents of 9, 15, 33, 31, and 32 are fixed, they are superimposed on the signal to the output stage composed of the transistors 22 and 24, pushing up the gate potentials of the transistors 22 and 24, and The drain current, which is the output current, can be increased to lower the common mode potential of the differential output. At this time, the feedback is stable
The sum of the currents from the transistors 6 and 12 that give in-phase feedback to the currents from the transistors 31 and 32 that are responsible for the constant current source,
Load transistors 9 and 1 whose gates are fixed to the reference potential
It is when it is balanced with the current of 5. Transistor 9,
The fact that the gate of 15 is connected to the reference potential means that its current refers to the reference potential, that is, the common mode potential of the differential output can be uniquely determined by the reference potential. it can.

【0014】図2は本発明の第2の実施例の演算増幅回
路を示す回路図である。図2において、本第2の実施例
は、前記第1の実施例において差動対の出力に与えるバ
イアス電流を担うトランジスタと帰還電流を与えるトラ
ンジスタとを、それぞれ別に設けていたが、本第2の実
施例では素子のばらつきの影響を抑えるために、これを
共通化している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an operational amplifier circuit according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 2, a transistor for supplying a bias current to the output of the differential pair and a transistor for supplying a feedback current are separately provided in the first embodiment. In the above embodiment, this is made common in order to suppress the influence of variations in elements.

【0015】即ち、図1のトランジスタ31,32,3
3を省略し、トランジスタ41,42を追加している。
その他の回路部分は、図1と同様である。
That is, the transistors 31, 32, 3 of FIG.
3 is omitted and transistors 41 and 42 are added.
The other circuit parts are the same as those in FIG.

【0016】そのため、差動対を構成するトランジスタ
10,11のソースに接続された定電流源を、カスコー
ド接続されたトランジスタ41を介して、ゲートが基準
電位に接続されたトランジスタ42としている。本第2
の実施例の動作については、前記第1の実施例と同様な
ので省略する。
Therefore, the constant current source connected to the sources of the transistors 10 and 11 forming the differential pair is the transistor 42 whose gate is connected to the reference potential via the cascode-connected transistor 41. Book second
The operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and will be omitted.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は特に全差
動演算増幅回路の同相信号を正確に所望の電位に固定で
き、また容易に十分高い同相帰還利得を得る事ができる
という効果を有する。
As described above, according to the present invention, the common mode signal of the fully differential operational amplifier circuit can be accurately fixed to a desired potential, and a sufficiently high common mode feedback gain can be easily obtained. Have.

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

【図1】本発明の第1の実施例の演算増幅回路を示す回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an operational amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の演算増幅回路を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional operational amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜42,103,107,108,111,130〜
139 トランジスタ 60,62 抵抗 61,63 容量 50,150 定電流源 70,71,160,161 入力端子 72,73,162,163 出力端子
1-42, 103, 107, 108, 111, 130-
139 transistor 60,62 resistance 61,63 capacitance 50,150 constant current source 70,71,160,161 input terminal 72,73,162,163 output terminal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲートが入力端子に各々導出された差動
対を設け、前記差動対のドレイン又はソースがそれぞ
れ、ソース又はドレインを第1の電源に接続した第1,
第2のトランジスタのドレイン又はソースに接続され、
前記第1,第2のトランジスタは、ソース又はドレイン
を前記第1の電源に接続した第3のトランジスタとカレ
ントミラー回路を形成し、前記第3のトランジスタのゲ
ートとドレイン又はソースは、カスコード接続された第
4のトランジスタを介して、ドレイン又はソースが共通
接続されかつそれぞれのゲートが出力端子に接続された
第5,第6のトランジスタのドレイン又はソースに接続
され、前記差動対の出力は、カスコード接続された第
7,第8のトランジスタを介して、第9,第10の出力
トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、かつカスコ
ード接続された第11,第12のトランジスタを介し
て、ゲートが第3の電源に接続された第13,第14の
トランジスタのドレイン又はソースに接続されているこ
とを特徴とする演算増幅回路。
1. A first and second differential pair in which gates are respectively led to input terminals are provided, and a drain or a source of the differential pair has a source or a drain connected to a first power supply, respectively.
Connected to the drain or source of the second transistor,
The first and second transistors form a current mirror circuit with a third transistor whose source or drain is connected to the first power supply, and the gate and drain or source of the third transistor are cascode-connected. Via the fourth transistor, the drain or source is connected in common and the gates are connected to the drain or source of the fifth and sixth transistors respectively connected to the output terminal, the output of the differential pair, The gate is connected to the gates of the ninth and tenth output transistors via the cascode-connected seventh and eighth transistors, respectively, and the gate is connected to the third via the cascode-connected eleventh and twelfth transistors. An operational amplifier characterized by being connected to the drains or sources of the thirteenth and fourteenth transistors connected to the power supply of Circuit.
【請求項2】 請求項1の演算増幅回路において、前記
第1,第2のトランジスタとそれぞれ並列に第15,第
16のトランジスタが接続され、前記第15,第16の
トランジスタのゲートはいずれも第4の電源に接続され
ていることを特徴とする演算増幅回路。
2. The operational amplifier circuit according to claim 1, wherein fifteenth and sixteenth transistors are connected in parallel with the first and second transistors, respectively, and gates of the fifteenth and sixteenth transistors are both gates. An operational amplifier circuit characterized by being connected to a fourth power supply.
JP5016027A 1993-02-03 1993-02-03 Operational amplifier circuit Pending JPH06232654A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002533967A (en) * 1998-12-18 2002-10-08 マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ・インコーポレーテッド Linearization amplifier core
US6998917B2 (en) 2003-03-11 2006-02-14 Fujitsu Limited Common-mode feedback circuit and differential operational amplifier circuit having stable operation and low power consumption
JP2007159117A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Freescale Semiconductor Inc Low voltage low power class a/b output stage

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