DE2631916A1 - POLARIZATION ARRANGEMENT FOR DIFFERENTIAL AMPLIFIER - Google Patents

POLARIZATION ARRANGEMENT FOR DIFFERENTIAL AMPLIFIER

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Description

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Dipl.-lng. R. B E E T Z sen.Dipl.-Ing. R. B E E T Z sen.

Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.

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Telegr. Allpatent München Telex 5 22048Telegr. Allpatent Munich Telex 5 22048

410-25.801P410-25.801P

l5. 7. 1976l5. 7th 1976

Commissariat a !'Energie Atomique, PARIS (Prankreich)Commissariat a! 'Energie Atomique, PARIS (France)

Polarisationsanordnung für DifferenzverstärkerPolarization arrangement for differential amplifiers

Die Erfindung betrifft eine Polarisationsanordnung bzw. eine Schaltungsanordnung zur Vorspannungserzeugung für Differenzverstärker,The invention relates to a polarization arrangement or a circuit arrangement for generating a bias voltage for differential amplifiers,

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf integrierte, aus MOS-Feldeffekttransistoren aufgebaute Differenzverstärker.The invention relates in particular to integrated, constructed from MOS field effect transistors Differential amplifier.

In der Praxis ist es nicht möglich, die Qualität bzw. Güte jedes einzelnen Bauelementes in integrierten Schaltungen und insbesondere in integrierten MOS-Schal-In practice, it is not possible to integrate the quality or quality of each individual component Circuits and especially in integrated MOS circuit

41O-(B5685/573O.3)-DWS141O- (B5685 / 573O.3) -DWS1

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tungen zu kontrollieren, da die Abmessungen der integrierten Schaltungen sehr klein sind und diese in Massenproduktion hergestellt werden. Es ist deshalb unbedingt notwendig, kompensierte integrierte Schaltungen zu entwickeln, bei denen Unvollkommenheiten der Transistoren und zugehörige technologisch bedingte Parameterschwankungen automatisch kompensiert werden, und zwar ohne Einstellung oder Abgleich der einzelnen Bauelemente.lines to control, since the dimensions of the integrated circuits are very small and these in Can be mass produced. It is therefore imperative to have compensated integrated circuits to develop where imperfections of the transistors and associated technology-related parameter fluctuations are automatically compensated, namely without setting or adjusting the individual components.

Die Erfindung betrifft vorzugsweise eine Polarisationsanordnung für einen Differenzverstärker, der durch zwei Eingangsspannungen gespeist wird, deren Differenz verstärkt werden soll. Diese Differenz wird durch zwei verstärkte Spannungen an den beiden Ausgängen des Differenzverstärkers dargestellt.The invention preferably relates to a polarization arrangement for a differential amplifier, which by two input voltages is fed, their difference should be strengthened. This difference is caused by two amplified voltages at the two outputs of the Differential amplifier shown.

Technologisch bedingte ParamterSchwankungen können dazu führen, daß die Verstärkertransistoren außerhalb ihres normalen Arbeitsbereiches arbeiten, d. h. außerhalb des linearen Teiles der Übertragungskennlinie. Um das Arbeiten der Transistoren im günstigen Teil der Übertragungskennlinie zu gewährleisten, muß die Spannungsdifferenz am Ausgang bei einer Eingangsspannungsdifferenz Null ebenfalls Null sein, d. h. der Arbeitspunkt muß einerseits auf den linearen Teil der Übertragungskennlinie jedes Verstärkertransistors gelegt werden, andererseits müssen Spannungsoffsetspannungen vermieden werden. Um dies zu erreichen und eine Zentrierung auf dem sogenannten "Ruhepunkt" der genannten Übertragungskennlinie des Verstärkers vorzunehmen, wird gefordert, daß die Summe der Ausgangspotentiale an beiden Verstärkertransistoren Null oder konstant ist.Technologically conditioned parameter fluctuations can cause the amplifier transistors to operate outside of their normal operating range, i. H. outside of of the linear part of the transfer characteristic. To get the transistors working in the favorable part of the To ensure the transfer characteristic, the voltage difference at the output must be in the case of an input voltage difference Zero must also be zero, i.e. H. the operating point must on the one hand be on the linear part of the transfer characteristic each amplifier transistor must be placed, on the other hand, voltage offset voltages must be avoided will. In order to achieve this and to center it on the so-called "rest point" of the above-mentioned transfer characteristic of the amplifier, it is required that the sum of the output potentials at both amplifier transistors is zero or constant.

Zu diesem Zweck wird die Polarisationsspannung ständig in geeigneter, nachstehend näher erläuterterFor this purpose, the polarization voltage is constantly in a suitable manner, which will be explained in more detail below

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Weise an die Speisestromquelle für die"beiden parallel angeordneten Verstärkertransistoren angepaßt (die Speisestromquelle ist im allgemeinen ein Transistor, an dessen Gatter die Polarisationsspannung angelegt wird).Way to the power source for the "two in parallel." arranged amplifier transistors (the supply current source is generally a transistor, to whose Gate the polarization voltage is applied).

Genauer gesagt verwendet eine erfindungsgemäße Polarisationsanordnung für Differenzverstärker eine Kopie bzw. Nachbildung wenigstens eines Teils der Verstärkerschaltung, die aus einzelnen Bauelementen (vorzugsweise aus Feldeffekttransistoren) aufgebaut ist, die den Bauelementen des eigentlichen Differenzverstärkers möglichst ähnlich sind, so daß technologisch bedingte ParameterSchwankungen der Bauteile des Differenzverstärkers den im gleichen Sinne verlaufenden Schwankungen der ähnlichen Bauelemente der Polarisationsanordnung entsprechen. Dadurch wird eine Änderung der Polarisationsspannung der Speisestromquelle des Differenzverstärkers und eine automatische Neueinstellung des Arbeitspunktes der Verstärkerbauelemente abhängig von den technologischen Parameterschwankungen derart erzielt, daß die Summe der Ausgangsspannungen Null oder ein vorbestimmter konstanter Wert ist.More precisely, uses a polarization arrangement according to the invention for differential amplifiers a copy or replica of at least part of the amplifier circuit, which is made up of individual components (preferably field effect transistors) that form the components of the actual differential amplifier are as similar as possible, so that technological parameter fluctuations of the components of the differential amplifier to the fluctuations in the same sense of the similar components of the Corresponding polarization arrangement. This causes a change in the polarization voltage of the supply current source of the differential amplifier and an automatic readjustment of the operating point of the amplifier components depending on the technological parameter fluctuations achieved in such a way that the sum of the output voltages Is zero or a predetermined constant value.

Die erfindungsgemäße Polarisationsanordnung für Differenzverstärker bezieht sich auf einen Differenzverstärker mit einer Speisestromquelle, die einen regelbaren Strom erzeugt. Der Wert dieses Stroms wird durch eine an einen Steuereingang der Speisestromquelle angelegte Polarisationsspannung bestimmt, wobei sich der Strom auf zwei zwischen der Speisestromquelle und einer Gleichspannungsquelle parallel geschaltete Verstärkertransistoren aufteilt. Die beiden Ströme fließen durch die Verstärkertransistoren in zwei Lastwiderstände (vorzugsweise Transistoren, deren Gatter und Kollektoren bzw. Senken an derselben negativen Spannung der Gleichspannungsquelle liegen), die jeweils zwischen denThe polarization arrangement according to the invention for differential amplifiers relates to a differential amplifier with a supply current source that generates a controllable current. The value of this current is given by a polarization voltage applied to a control input of the supply current source is determined, the Current on two amplifier transistors connected in parallel between the supply current source and a DC voltage source divides. The two currents flow through the amplifier transistors in two load resistors (preferably transistors whose gates and collectors or sinks at the same negative voltage of the DC voltage source), each between the

ι; π 9 S H '\ l ü 9ι; π 9 S H '\ l ü 9

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Verstärkertransistoren und der Gleichspätinungsquelle angeordnet sind. Die Gatter der Verstärkertransistoren des Differenzverstärkers sind an Signalquellen angeschlossen, deren Spannungen verstärkt werden sollen. Die eigentiiehe Polariaationsanordnung wird durch eine Nachbildung eines Teils des Differenzverstärkers gebildet, wobei diese Nachbildung wenigstens eine Speisestromquelle, einen Verstärkertransistor und einen Lastwiderstand aufweist. Der Steuereingang für die Speisestromquelle ist an den Verstärkertransistor angeschlossen, dessen Gatter geerdet ist. Die Bauelemente der Polarisationsanordnung sind derart gewählt, daß sie den entsprechenden Bauelementen des eigentlichen DifferenzVerstärkers möglichst ähnlich sind, so daß ihre Abhängigkeit von technologisch bedingten Parameterschwankungen durch dieselbe Gesetzmäßigkeit beschrieben werden kann.Amplifier transistors and the source of equal delay are arranged. The gates of the amplifier transistors of the differential amplifier are connected to signal sources, whose tensions are to be increased. The property Polarization arrangement is formed by replicating part of the differential amplifier, wherein this replica has at least one supply current source, an amplifier transistor and a load resistor having. The control input for the supply current source is connected to the amplifier transistor whose Gate is grounded. The components of the polarization arrangement are selected in such a way that they correspond to the corresponding Components of the actual differential amplifier if possible are similar, so that their dependence on technologically conditioned parameter fluctuations by the same Lawfulness can be described.

Auf diese Weise ist die Polarisationsanordnung bezüglich der wichtigsten Bauelemente identisch zu einer zugeordneten Verstärkerstufe des Differenzverstärkers. Allerdings arbeitet die Polarisationsanordnung statisch, wobei das Gatter des Verstärkertransistors geerdet ist. Der Ausgang dieses Verstärkertransistors ist an den Steuereingang der Speisestromquelle angeschlossen, nämlich an das Gatter eines Speisestromquellentransistors des Differenzverstärkers, wobei dieser Transistor zwischen einer Spannung der Gleichstromquelle und den Quellen der Verstärkertransistoren des Differenzverstärkers liegt. Wie nachstehend näher erläutert wird, wird die Polarisationsspannung von verschiedenen technologischen Parametern gesteuert, die durch die Polarisationsspannung derart kompensiert werden, daß die MOS-Verstärkertransistoren eine konstante Spannungssumme erzeugen.In this way, the polarization arrangement is identical to one with respect to the most important components assigned amplifier stage of the differential amplifier. However, the polarization arrangement works statically, wherein the gate of the amplifier transistor is grounded. The output of this amplifier transistor is to the Control input of the supply current source connected, namely to the gate of a supply current source transistor of the differential amplifier, this transistor between a voltage of the direct current source and the sources of the amplifier transistors of the differential amplifier. As explained in more detail below, the Polarization voltage controlled by various technological parameters determined by the polarization voltage are compensated in such a way that the MOS amplifier transistors generate a constant voltage sum.

Tn einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die erfindungsgemäße Polarisationsanordnung zusammenIn an advantageous embodiment of the invention, the polarization arrangement according to the invention is combined

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mit einem beidseitig bzw. im Gleichtakt--gegengekoppel ten Differenzverstärker verwendet. Dieser Differenzverstärker weist zwei Gleichspannungen (z. B. -V und +V) auf, die den Verstärker mit Strom versorgen, ferner zwei MOS-Verstärkertransistoren, deren Gatter an je eine Signalquelle angeschlossen sind, die die zu verstärkenden Spannungen abgeben. An den Senken dieser Verstärkertransistoren werden verstärkte Spannungen erzeugt; die Senken sind ferner über je einen Lastwiderstand an die positive Gleichspannung angeschlossen. Diese Lastwiderstände sind beispielsweise MOS-Transistoren, die im ohmschen Bereich arbeiten. Der Differenzverstärker weist außerdem einen Stromquellentransistor auf, dessen Gatter an die Polarisationsspannung der Polarisationsanordnung angeschlossen ist, sowie einen Addierer, dessen Eingänge mit je einer Senke der Verstärkertransistoren verbunden sind. Der Stromquellentransistor und der Addierer sind in Reihe geschaltet, und zwar zwischen den gemeinsamen Quellen der MOS-Verstärkertransistoren und einer Versorgungsleitung der Gleichspannungsquelle. Eine vorteilhafte Ausführung des Addierers ist eine Parallelschaltung zweier MOS-Transistoren, deren Gatter mit je einer Senke der Verstärkertransistoren verbunden sind.with a negative feedback on both sides or in common mode Differential amplifier used. This differential amplifier has two DC voltages (e.g. -V and + V) that supply the amplifier with power, as well as two MOS amplifier transistors, each of whose gates are connected to a signal source are connected, which emit the voltages to be amplified. At the sinks of these amplifier transistors increased stresses are generated; the sinks are furthermore each connected to a load resistor positive DC voltage connected. These load resistors are, for example, MOS transistors that are im ohmic area work. The differential amplifier also has a current source transistor whose gate is connected to the polarization voltage of the polarization arrangement, as well as an adder whose inputs are each connected to a sink of the amplifier transistors. The current source transistor and the adder are connected in series between the common sources of the MOS amplifier transistors and a supply line the DC voltage source. An advantageous embodiment of the adder is a parallel connection of two MOS transistors, the gates of which are each connected to a drain of the amplifier transistors.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Pig. I das Schaltbild eines bereits entwickeltenPig. I the circuit diagram of an already developed

Differenzverstärkers, auf den die erfindungsgemäße Polarisationsanordnung angewandt wird;Differential amplifier to which the polarization arrangement according to the invention is applied;

Fig. 2 die Prinzipschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Polarisationsanordnung, deren Aufbau dem Differenzverstärker nach Fig. 1 entspricht;2 shows the basic circuit of a first exemplary embodiment of the polarization arrangement according to the invention, the structure of which corresponds to the differential amplifier corresponds to Fig. 1;

fa" 09883/0981fa "09883/0981

Fig. 3 ein zweites AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Polarisationsanordnung mit nur einem Zweig des Differenzverstärkers nach Fig. Ij3 shows a second exemplary embodiment of the invention Polarization arrangement with only one branch of the differential amplifier according to FIG

Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele ohne Verstärker zwischen dem Ausgang eines Verstärkertransistors und dem Gatter eines Speisestromquellentransistors der Polarisationsanordnung nach Fig. 3> wobei Fig. 5 eine in der Erfindung bevorzugte Realisierungsform zeigt;4 and 5 further exemplary embodiments without an amplifier between the output of an amplifier transistor and the gate of a supply current source transistor the polarization arrangement according to Fig. 3> where Fig. 5 is one in the invention shows preferred embodiment;

Fig. 6 einen Differenzverstärker, der zusammen mit der erfindungsgemäßen Polarisationsanordnung bevorzugt verwendet wirdj6 shows a differential amplifier which, together with the polarization arrangement according to the invention is preferred j

Fig. 7 eine Ersatzschaltung des bevorzugten Differenz-Verstärkers nach Fig. 6.FIG. 7 shows an equivalent circuit of the preferred differential amplifier according to FIG. 6.

Fig. 1 zeigt einen bereits entwickelten Differenzverstärker, auf den die erfindungsgemäße Polarisationsanordnung angewandt werden kann, wie nachstehend gezeigt wird. Der Verstärker v/eist eine durch einen MOS-Transistor L, dargestellte Stromquelle auf, wobei angeschlossen sind: die Quelle des Transistors an eine Gleichspannung + V und die Senke an die Quellen zweier Verstärkertransistoren M, und Mp. An das Gatter bzw. Tor des die Verstärkertransistoren M, und Mp speisenden Transistors L, wird eine Vor- bzw. Polarisationsspannung U-, angelegt, die den Arbeitspunkt der Verstärkertransistoren M, und Mp bestimmt. Die Verstärkertransistoren sind über Lastwiderstände N1 und Np an eine Gleichspannung - V angeschlossen. Die Lastwiderstände werden nach Fig. 1 durch MOS-Transistoren dargestellt, die im ohmschen Bereich arbeiten, und deren Senken und Gatter sich auf demselben Potential - V befinden. Die beiden Eingangsspannungen,Fig. 1 shows a previously developed differential amplifier to which the polarization arrangement according to the invention can be applied, as will be shown below. The amplifier v / eist a current source represented by a MOS transistor L, wherein are connected: the source of the transistor to a DC voltage + V and the sink to the sources of two amplifier transistors M, and Mp. To the gate or gate of the The transistor L feeding the amplifier transistors M and Mp is applied with a bias or polarization voltage U-, which determines the operating point of the amplifier transistors M and Mp. The amplifier transistors are connected to a direct voltage - V via load resistors N 1 and Np. The load resistances are represented according to FIG. 1 by MOS transistors which operate in the ohmic range, and whose drains and gates are at the same potential - V. The two input voltages

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Ύ - Ύ -

deren Differenz gebildet werden soll, werden an*Eingänge E1 und E2 angelegt, die mit den Gattern der Transistoren M-, und Mp verbunden sind. An Ausgängen S, und Sp werden Ausgangsspannungen Vs. und VSp erzeugt.whose difference is to be formed are applied to * inputs E 1 and E 2 , which are connected to the gates of the transistors M and Mp. Output voltages Vs. and VSp are generated at outputs S and Sp.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Polarisationsanordnung. Diese Anordnung weist dieselben Bauelemente wie der statisch betriebene Differenzverstärker nach Fig. 1 auf, wobei die Gatter von Verstärkertransistoren M1, und M'p geerdet sind. Die Ausgänge S, und Sp der Verstärkertransistoren sind an einen Addierer Σ'. angeschlossen, der die Summe Vs1 + VSp berechnet. Dieses Summensignal wird in einen Verstärker K eingespeist, dessen Ausgang mit dem Gatter eines Stromquellentransistors L1, verbunden ist, wobei die in den Transistor L, nach Fig. 1 eingespeiste Polarisationsspannung U-, an das Gatter des Transistors L1, angelegt wird. Diese Anordnung dient zum Steuern bzw. Regeln der Polarisationsspannung U1 abhängig von technologischen ParameterSchwankungen der verschiedenen Transistoren M, N, L, um die Konstanz der Spannungssumme am Ausgang des Differenzverstärkers sicherzustellen. Zur Regelung der Spannung U , wird eine Referenzspannung benötigt, die in Fig. 2 durch die negative Spannung - V dargestellt wird. Die technologischen Parameter.wie die Schwellenspannungen der MOS-Transistoren M. und Mp (M', und M'p), die Kanalbreite der MOS-Transistoren und die geometrischen Kanallängen der MOS-Transistoren schwanken im Differenzverstärker in gleicher Weise wie in der Polarisationsanordnung, was auch für mögliche Schwankungen der Spannung + V gilt. Genauer gesagt stellt der Transistor N1, in der Anordnung nach Fig. 2 ebenso wie in Fig. J5, 4 und 5 einen im ohmschen Bereich betriebenen Lastwiderstand dar, wobei das Geometrieverhältnis Z/L kleiner als Eins ist, mit: Z = Breite des LadungsträgerkanalsFig. 2 shows a basic circuit of the polarization arrangement according to the invention. This arrangement has the same components as the statically operated differential amplifier according to FIG. 1, the gates of amplifier transistors M 1 and M'p being grounded. The outputs S, and Sp of the amplifier transistors are connected to an adder Σ '. connected, which calculates the sum Vs 1 + VSp. This sum signal is fed to an amplifier K, the output of which is connected to the gate of a current source transistor L 1, wherein the power fed to the transistor L, according to Fig. 1 polarization voltage U, is applied to the gate of the transistor L1 is applied. This arrangement is used to control or regulate the polarization voltage U 1 as a function of technological parameter fluctuations in the various transistors M, N, L, in order to ensure the constancy of the total voltage at the output of the differential amplifier. To regulate the voltage U, a reference voltage is required, which is represented in FIG. 2 by the negative voltage - V. The technological parameters such as the threshold voltages of the MOS transistors M. and Mp (M ', and M'p), the channel width of the MOS transistors and the geometric channel lengths of the MOS transistors fluctuate in the differential amplifier in the same way as in the polarization arrangement, which also applies to possible fluctuations in the voltage + V. More precisely, the transistor N 1 in the arrangement according to FIG. 2 as well as in FIGS. J5, 4 and 5 represents a load resistor operated in the ohmic range, the aspect ratio Z / L being less than one, with: Z = width of the Load carrier channel

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zwischen Senke und Quelle, und L = geometrische Länge des MOS-Transistor-Kanals. Dieser Transistor N1, ist wie N-, insbesondere empfindlich gegenüber Schwankungen Az und Al der Kanalbreite und -länge; durch ihn ist es möglich, die Spannung U-, abhängig von diesen Schwankungen einzustellen, um die gleichlaufenden Schwankungen im Transistor N, zu kompensieren.between sink and source, and L = geometric length of the MOS transistor channel. This transistor N 1 , like N-, is particularly sensitive to fluctuations Az and Al of the channel width and length; it makes it possible to adjust the voltage U- as a function of these fluctuations in order to compensate for the concurrent fluctuations in the transistor N.

Der Transistor M', ist ein MOS-Transistor, dessen Gatter auf Masse (d. h. auf der Bezugsspannung Null V) liegt, und der die Schwankungen der Gleichspannung + V gegenüber der Polarisationsspannung zu kompensieren erlaubt. Der Transistor L', schließlich, dessen Kanalbreite Z wichtig ist, ist sehr empfindlich bezüglich der Schwellenspannung Vo, die häufig abhängig von der verwendeten Technologie schwankt. Der Transistor L1* kompensiert die Schwankungen der Schwellenspannung, indem er die Polarisationsspannung U1 entsprechend dieser Schwankungen der Schwellenspannung VQ nachregelt. Es wurde experimentell bewiesen, daß die Verwendung dieser drei Transistoren in einem der vier Fälle nach Fig. 2, j5* 2J- und 5 eine Kompensation der Schwankungen der Parameter + V, Vg, Z und L gestattet.The transistor M 'is a MOS transistor whose gate is at ground (ie at the reference voltage zero V) and which allows the fluctuations of the DC voltage + V with respect to the polarization voltage to be compensated. Finally, the transistor L ', the channel width Z of which is important, is very sensitive to the threshold voltage Vo, which often varies depending on the technology used. The transistor L 1 * compensates for the fluctuations in the threshold voltage by readjusting the polarization voltage U 1 in accordance with these fluctuations in the threshold voltage V Q. It has been experimentally proved that the use of these three transistors in one of the four cases shown in FIG. 2, j5 * 2 J- 5 and a compensation of the fluctuations of the parameters + V, V g, Z and L permitted.

Die Polarisationsanordnung nach Fig. 2 ist nicht optimal, da die verhältnismäßig große Anzahl von Transistoren die Anzahl der Fehlerursachen sowie den Platzbedarf erhöhen. Wegen des Zusammenspiels der verschiedenen Bauelemente und wegen des Vorhandenseins des Verstärkers K weist die Anordnung überdies ein langsames Einschwingverhalten auf. Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die nur einen einzigen Zweig des Differenzverstärkers aufweist, d. h. die Bauelemente M', und N1,, die den Transistoren M, (und M2) sowie N.(und Np) des Differenzverstärkers möglichst ähnlich sind. Das Bauelement Lf.The polarization arrangement according to FIG. 2 is not optimal, since the relatively large number of transistors increases the number of causes of errors and the space requirement. Because of the interaction of the various components and because of the presence of the amplifier K, the arrangement also has a slow transient response. 5 shows an arrangement which has only a single branch of the differential amplifier, ie the components M 'and N 1 , which are as similar as possible to the transistors M 1 (and M 2 ) and N (and Np) of the differential amplifier. The component L f .

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ist aus L. abgeleitet, wobei berücksichtigt ist, daß der Strom durch L', nur halb so groß wie der Strom durch L, ist.is derived from L., taking into account that the The current through L 'is only half as large as the current through L.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der erfindungsgemäßen Anordnung verzichtet auf die beiden Transistoren M'p und N'p, deren technologische Parameterschwankungen im gleichen Sinne wie jene der Transistoren M1, und N' verlaufen, so daß die beiden Transistoren M'p und N'p redundant sind. Die Senke des Verstärkertransistors M'^ ist über den Verstärker K an das Gatter des Transistors L', angeschlossen, der die in das Gatter des Transistors L1 des DifferenzVerstärkers nach Pig. I eingespeiste Polarisationsspannung U-, erzeugt.The embodiment according to FIG. 3 of the arrangement according to the invention dispenses with the two transistors M'p and N'p, whose technological parameter fluctuations run in the same sense as those of the transistors M 1 and N ', so that the two transistors M'p and N 'p are redundant. The sink of the amplifier transistor M '^ is connected via the amplifier K to the gate of the transistor L', which is fed into the gate of the transistor L 1 of the differential amplifier according to Pig. I fed in polarization voltage U- generated.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung ohne Differenzverstärker K, wobei die Phasenbedingungen zwischen dem Ausgang des Transistors M', und dem Gatter des Transistors L1, durch den Aufbau erfüllt werden. Die Geometrie der Transistoren L',, M', und N1, ist identisch mit der Geometrie der Transistoren nach Fig. 3. Die Anordnung nach Fig. 4 arbeitet zufriedenstellend, obwohl die Schaltung nicht optimal ist, da das Gatter des Transistors IZ1 auf hohem Potential liegt, wodurch die Senken-Quellenspannung des Transistors M', niedrig ist und dieser Transistor im ohmschen Bereich anstatt im Verstärkerbereich arbeitet.4 shows an arrangement without a differential amplifier K, the phase conditions between the output of the transistor M 'and the gate of the transistor L 1 being met by the structure. The geometry of the transistors L ',, M', and N 1 is identical to the geometry of the transistors of FIG. 3. The arrangement of FIG. 4 operates satisfactorily, although the circuit is not optimal, since the gate of transistor 1 IZ is at high potential, as a result of which the sink-source voltage of the transistor M 'is low and this transistor operates in the ohmic range instead of in the amplifier range.

Eine noch bessere und in der Erfindung bevorzugt angewendete Realisierung ist in Fig. 5 dargestellt, bei der die Transistoren L', und M'. parallel geschaltet sind und in Serie zum Transistor N', liegen. An die Reihenschaltung sind die beiden Gleichspannungen + V und - V angeschlossen. In dieser Anordnung liegt das Gatter des Transistors M', stets an Masse und das GatterAn even better one and preferred in the invention Implementation used is shown in Fig. 5, in which the transistors L ', and M'. connected in parallel and are in series with transistor N '. The two DC voltages + V are connected to the series circuit and - V connected. In this arrangement the gate of the transistor M 'is always connected to ground and the gate

609883/0981609883/0981

-lO--lO-

des Transistors L1, ist an den gemeinsten Ausgang, d. h. an die Senken der Transistoren L'. und M1. angeschlossen. In dieser Schaltung arbeitet der Transistor M1. im Verstärkerbetrieb, so daß die Schaltung nach Fig. 5 ausgezeichnete Ergebnisse liefert und eine Ausgangs-Polarisationsspannung U , erzeugt, die sich zur Ausregelung von technologischen Parameterschwankungen eignet.of the transistor L 1 is at the commonest output, ie at the drains of the transistors L '. and M 1 . connected. The transistor M 1 operates in this circuit. in amplifier mode, so that the circuit according to FIG. 5 delivers excellent results and generates an output polarization voltage U, which is suitable for regulating technological parameter fluctuations.

Fig. 6 zeigt einen Differenzverstärker mit Gleichtakt-Gegenkopplung, der zusammen mit der erfindungsgemäßen Polarisationsanordnung vorzugsweise verwendet wird. Der Differenzverstärker weist zwei MOS-Transistoren M, und M2 auf, deren Gatter E, und Ep durch Spannungen bzw. Signale Ve. und Vep angesteuert werden, die von (nicht gezeigten) Signalquellen abgegeben werden, wobei diese Spannungen auf Masse bezogen sind. Die Senken S, und S? dieser Transistoren erzeugen verstärkte Spannungen Vs. und VSp, die in die Gatter von Transjsioren Mg und M7. eingespeist werden, die als Addierverstärkertransistoren eines Addierers arbeiten, und deren Senken zur Erzeugung einer Gleichtakt-Gegenkopplung an die Quelle eines Transistors Mp- angeschlossen sind. Die an die parallel geschalteten Transistoren Mg und M7 angelegten Spannungen beeinflussen die zwischen Gatter und Quelle des Transistor?; Mc- angelegte Spannung und damit den Strom der Stromquelle. Die Quellen der Transistoren Mg und M7. sind an eine Gleichspannungsleitung Ap angeschlossen, deren Potential + V beträgt. Das Gatter des Transistors Mj- wird polarisiert bzw. vorgespannt, indem ein Anschluß P an eine (nicht gezeigte) Polarisationsanordnung angeschlossen wird, die die Polarisationsspannung U1 liefert. Die Senke des Transistors M^ speist die Quellen der Transistoren M, und Mp. Die Lastwiderstände N1 und Np arbeiten im ohmschen Bereich, wobei die Gatter und die Senken die-6 shows a differential amplifier with common-mode negative feedback, which is preferably used together with the polarization arrangement according to the invention. The differential amplifier has two MOS transistors M 1 and M 2, the gates of which E 1 and Ep are provided by voltages and signals Ve. and Vep, which are output by signal sources (not shown), these voltages being referenced to ground. The sinks S, and S ? these transistors generate boosted voltages Vs. and VSp, which are fed into the gates of transistors Mg and M 7 . are fed, which work as adding amplifier transistors of an adder, and whose sinks are connected to the source of a transistor Mp- to generate a common-mode negative feedback. The voltages applied to the transistors Mg and M 7 connected in parallel affect that between the gate and source of the transistor ?; Mc- applied voltage and thus the current of the power source. The sources of the transistors Mg and M 7 . are connected to a DC voltage line Ap, the potential of which is + V. The gate of the transistor Mj- is polarized or biased by connecting a terminal P to a polarization arrangement (not shown) which supplies the polarization voltage U 1. The sink of the transistor M ^ feeds the sources of the transistors M, and Mp. The load resistors N 1 and Np work in the ohmic range, with the gates and the sinks the-

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ser Transistoren N, und N2 galvanisch an«eine Stromversorgungsleitung A1 angeschlossen ist, die auf dem Potential - V liegt.These transistors N and N 2 are galvanically connected to a power supply line A 1 which is at the potential - V.

Um die durch technologische Parameterschwankungen bedingten Änderungen so weit wie möglich zu begrenzen, sind die Transistorpaare M1, M2 und N1, N2 sowie Mg, My aus Transistoren aufgebaut, die einander möglichst gleichen. In order to limit the changes caused by technological parameter fluctuations as much as possible, the transistor pairs M 1 , M 2 and N 1 , N 2 and Mg, My are made up of transistors that are as similar as possible to one another.

Fig. 7 stellt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Fig. 6 dar. Die Transistoren M1 und M2 sind dabei durch Verstärker A (mit der Verstärkung A) dargestellt, die Transistoren Mr und Mr, durch einen Addierer % , wobei diesem Addierer ein Verstärker K mit einem Verstärkungsfaktor K zugeordnet ist. Spannungen e, edj und ed2 sind Offsetspannungen der Verstärker A und K.7 shows an electrical equivalent circuit diagram of FIG. 6. The transistors M 1 and M 2 are represented by amplifier A (with gain A), the transistors Mr and Mr by an adder % , with this adder being an amplifier K is assigned with a gain factor K. Voltages e, edj and ed 2 are offset voltages of amplifiers A and K.

Die mathematische Ableitung der Ergebnisse, die durch die Differenzverstärker nach Fig. 1 und 2 erhalten werden, ist wie folgt:The mathematical derivation of the results obtained by the differential amplifiers of FIGS. 1 and 2 is as follows:

Die Ausgangspotentiale Vs1 und Vs2 berechnen sich nach folgenden Gleichungen:The output potentials Vs 1 and Vs 2 are calculated using the following equations:

Vs1 = A JVe1 +Bd1-K (Vs1 + Vs2 - e)J Vs2 = A JVe2 + ed2 - K (Vs1 + Vsg - e)J .Vs 1 = A JVe 1 + Bd 1 -K (Vs 1 + Vs 2 - e) J Vs 2 = A JVe 2 + ed 2 - K (Vs 1 + Vs g - e) J.

Nach einer einfachen algebraischen Umformung erhältObtained after a simple algebraic transformation

man:man:

A - Ve2, + fA - Ve 2 , + f

nl Ve +Veo+ed1+edo+2Ke - ed2, + f * 2 * 2 1 1 + 2 AK nl Ve + Ve o + ed 1 + ed o + 2Ke - ed 2 , + f * 2 * 2 1 1 + 2 AK

Ve +Ve2+ed1+ed2+2KeVe + Ve 2 + ed 1 + ed 2 + 2Ke

1 + 2 AK1 + 2 AK

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Entsprechend den Gleichungen ist die4 ' Offsetspannung (Fehlerspannung) der Spannungsdifferenz Ve. - Ve« am Eingang durch ed^ - ed2 gegeben. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, differentiell zu arbeiten (wobei die Differenz der Spannungen kleiner als jede Offsetspannung selbst ist) und darauf zu achten, daß die Verstärker A (dargestellt durch die Transistoren M. und Mp) möglichst ähnlich sind. Falls die Verstärker identisch sind, gilt ed. = edp und die differentielle Offsetspannung ist Null.According to the equations, the 4 'offset voltage (error voltage) is the voltage difference Ve. - Ve «given at the entrance by ed ^ - ed 2 . For this reason it is advantageous to work differentially (the difference in the voltages being smaller than each offset voltage itself) and to ensure that the amplifiers A (represented by the transistors M. and Mp) are as similar as possible. If the amplifiers are identical, ed. = Edp and the differential offset voltage is zero.

Die nichtdifferentielle Off set spannung Voff. am Systemeingang berechnet sich zu:The non-differential offset voltage V off . at the system entrance is calculated as follows:

Ve + Ve + ed + ed. + 2 KeVe + Ve + ed + ed. + 2 Ke

Die Gleichung zeigt, daß der Einfluß der technologischen Parameterschwankungen (ed.., ed2 und e) sowie der Wert der Eingangsparameter Ve. und Ve2 einen nur geringen Einfluß auf die Offsetspannung V ff hat, wenn der Faktor (1+2 AK), die sogenannte Gleichtaktunterdrückung, groß ist. Die Gleichtakt-Offsetspannung e des Verstärkers, die Offsetspannung der Addierertransistoren Mg und M7 multipliziert mit dem Faktor K1 zeigt das Interesse an einer Verringerung von K, wobei das Produkt AK konstant ist. Auf diese Weise kann mit einer minimalen Anzahl von Bauelementen eine Gleichtakt-Gegenkopplung sehr einfach realisiert werden, wobei insbesondere eine schnelle Gegenkopplung erzielbar ist.The equation shows that the influence of the technological parameter fluctuations (ed .., ed 2 and e) and the value of the input parameters Ve. and Ve 2 has only a slight influence on the offset voltage V ff when the factor (1 + 2 AK), the so-called common-mode rejection, is large. The common-mode offset voltage e of the amplifier, the offset voltage of the adder transistors Mg and M 7 multiplied by the factor K 1 shows the interest in a reduction in K, the product AK being constant. In this way, common-mode negative feedback can be implemented very easily with a minimal number of components, with rapid negative feedback in particular being achievable.

Durch das Transistorpaar Mg und My wird ferner ein Serienwiderstand eingeführt, der den Ausgangswiderstand der durch die Transistoren Mp-, Mg und M7. gebildeten Stromquelle verringert, indem die Steigung der Strom-Spannungs-Kennlinie verringert wird.A series resistance is also introduced by the transistor pair Mg and My, which increases the output resistance of the transistors Mp-, Mg and M 7 . The current source formed is reduced by reducing the slope of the current-voltage characteristic.

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Claims (10)

PatentansprücheClaims il. Polarisationsanordnung für einen Differenzverstärker mit einer zwischen einer ersten und zweiten Gleichstromversorgungsleitung angeordneten ersten Speisestromquelle zum Erzeugen eines durch eine an die erste Speisestromquelle angelegte Polarisationsspannung steuerbaren Speisestroms ,der sich auf einen zwischen der ersten Speisestromquelle und der ersten Gleichstromversorgungsleitung parallel geschalteten ersten und zweiten Verstärkertransistor aufteilt und durch einen ersten bzw. zweiten Lastwiderstand fließt, der zwischen dem ersten bzw. zweiten Verstärkertransistor und der ersten Gleichstromversorgungsleitung angeordnet sist, wobei die Gatter der Verstärkertranistoren an Signalquellen angeschlossen sind, deren Signale verstärkt werden sollen,il. Polarization arrangement for a differential amplifier with a first supply current source arranged between a first and a second direct current supply line for generating a feed current that can be controlled by a polarization voltage applied to the first feed current source , which is on a parallel between the first supply current source and the first DC power supply line switched first and second amplifier transistor and divided by a first and second load resistor that flows between the first and second amplifier transistors and the first DC power supply line arranged sist, wherein the gates of the amplifier transistors are connected to signal sources whose signals are amplified should be gekennzeichnet durchmarked by eine zwischen der ersten und zweiten Gleichstromversorgungsleitung (A,, Ap) angeordnete Nachbildung eines Teils des Differenzverstärkers, die mindestens aufweist:one between the first and second DC power supply lines (A ,, Ap) arranged replica of a part of the differential amplifier, which has at least: eine ähnlich zur ersten Speisestromquelle (L,) aufgebaute zweite Speisestromquelle (L1,), a second feed current source (L 1 ,) constructed similarly to the first feed current source (L,), 809883/098 1809883/098 1 einen ähnlich zum ersten Verstärkertransistor (M ) aufgebauten dritten Verstärkertransistor (M' ), undone constructed similarly to the first amplifier transistor (M) third amplifier transistor (M '), and einen ähnlich zum ersten Lastwiderstand (N.) aufgebauten dritten Lastwiderstand (N' ),a third load resistor (N ') constructed similarly to the first load resistor (N.), wobei angeschlossen sind: ein Steuereingang der zweiten Speisestromquelle (L' ) an den Ausgang des dritten Verstärkertransistors (M' ), und das Gatter des dritten Verstärkertransistors (M' ) an Masse, undwherein: a control input of the second supply current source (L ') is connected to the output of the third amplifier transistor (M '), and the gate of the third amplifier transistor (M') to ground, and wobei die Ausgangsspannung des dritten Verstärkertransistors (M1 ) an die erste Speisestromquelle (L.) des Differenzverstärkers angelegt ist (Fig. 1-5)·the output voltage of the third amplifier transistor (M 1 ) being applied to the first supply current source (L.) of the differential amplifier (Fig. 1-5) 2. Polarisationsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einen Verstärkungsfaktor aufweisenden Verstärker (K) zwischen dem Ausgang des dritten Verstärkertransistors (M' ) und dem Steuereingang der zweiten Speisestromquelle (L^1) (Fig. 2, 3).2. Polarization arrangement according to claim 1, characterized by an amplifier (K) having a gain factor between the output of the third amplifier transistor (M ') and the control input of the second supply current source (L ^ 1 ) (Fig. 2, 3). 3. Polarisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speisestromquelle (L ) und die nachgebildete zweite Speisestromquelle (L' ) aus MOS-Transistoren aufgebaut sind, die durch die an ihren Gattern angelegte Polarisationsspannung (U .. ) steuerbar sind (Fig. 1 - 5)·3. polarization arrangement according to claim 1, characterized in that that the first supply current source (L) and the simulated second supply current source (L ') consist of MOS transistors are built up by the polarization voltage applied to their gates (U ..) are controllable (Fig. 1 - 5) · 4. Polasrisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Lastwiderstand (N., N1^) MOS-Transistoren sind, die im ohmechen Bereich arbeiten (Fig. 1 - 5).4. polarization arrangement according to claim 1, characterized in that the first and third load resistance (N., N 1 ^) are MOS transistors which work in the ohmic range (Fig. 1-5). 609883/098609883/098 28313162831316 5. Polarisationsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung eines zweiten Speisestromquellentransistors (L1 ) mit dem dritten Verstärkertransistor (M1 ) und mit dem dritten Lastwiderstand (N' ) zwischen der ersten und zweiten Gleichstromversorgungsleitung (Α., A2), wobei das Gatter des dritten Verstärkertransistors (M' ) an Masse und sein Ausgang an das Gatter des zweiten Speisestromquellentransistors (L'.,) angeschlossen sind, und wobei die Polarisationsspannung (U ,)5. polarization arrangement according to claim 4, characterized by a series connection of a second supply current source transistor (L 1 ) with the third amplifier transistor (M 1 ) and with the third load resistor (N ') between the first and second DC supply line (Α., A 2 ), wherein the gate of the third amplifier transistor (M ') is connected to ground and its output is connected to the gate of the second supply current source transistor (L'.,), and the polarization voltage (U,) am Ausgang des dritten Verstärkertransistors (M' ) an das Gatter eines ersten Speisestromquellentransistors (L1) angelegt ist (Pig. 2O.at the output of the third amplifier transistor (M ') is applied to the gate of a first supply current source transistor (L 1 ) (Pig. 2 O. 6. Polarisationsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung des zweiten Speisestromquellentransistors (L' ), der parallel zum dritten Verstärkertransistor (M' ) geschaltet ist, mit dem dritten Lastwiderstand (N' ) zwischen der ersten und zweiten Gleichstromversorgungsleitung (A , A2), wobei der gemeinsame Ausgang des zweiten Speisestromquellentransistors (L' ) und des dritten Verstärkertransistors (M' ) an das Gatter des zweiten Speisestromquellentransistors (L' ) angeschlossen ist, und wobei die steuernde Polarisationsspannung (U , ) am Ausgang des zweiten Speisestromquellentransistors (L' ) an das Gatter des ersten Speisestromquellentransistors (L1) des Differenzverstärkers angelegt ist (Fig. 5)·6. polarization arrangement according to claim 4, characterized by a series connection of the second supply current source transistor (L '), which is connected in parallel to the third amplifier transistor (M'), with the third load resistor (N ') between the first and second DC power supply line (A, A 2 ), the common output of the second supply current source transistor (L ') and the third amplifier transistor (M') being connected to the gate of the second supply current source transistor (L '), and the controlling polarization voltage (U,) at the output of the second supply current source transistor (L ') is applied to the gate of the first supply current source transistor (L 1 ) of the differential amplifier (Fig. 5) 7. PolarisationsanOrdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gatter und Senken des ersten und dritten Lastwiderstandes (N1, N' ) auf gleichem Potential liegen und an die erste Gleichstromversorgungsleitung (A.) angeschlossen sind (Fig. 2-5).7. polarization arrangement according to claim 1, characterized in that the gates and sinks of the first and third load resistors (N 1 , N ') are at the same potential and are connected to the first DC power supply line (A.) (Fig. 2-5). 8. Polarisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker ein Differenzverstärker mit Gleichtakt-Gegenkopplung ist, der zwischen der ersten und8. polarization arrangement according to claim 1, characterized in that that the differential amplifier is a differential amplifier with common mode negative feedback between the first and 609883/0981609883/0981 und zweiten Gleichstromversorgungsleitung (Α., A2) liegt, daß die Senken (S., Sp) des ersten bzw. zweiten MOS-Verstärkungstransistors (M , Mp) über den ersten bzw. zweiten Lastwiderstand (N j Np) an die erste Gleichstromversorgungsleitung (A ) angescnlossen sind, und daß der Differenzverstärker einen Addierer aufweist, dessen Eingänge auch an die Senken (S., Sp) der Verstärkungstransistoren (M , Mp) angeschlossen sind, wobei ein Stromquellentransistor (M ) und der Ausgang des Addierers zwischen den gemeinsamen Quellen der Verstärkertransistoren (M , Mp) und der zweiten Gleichstromversorgungsleitung (Ap) in Reihe geschaltet sind (Fig. 6).and second DC power supply line (Α., A 2 ) is that the drains (S., Sp) of the first and second MOS amplification transistors (M, Mp) via the first and second load resistors (N j Np) to the first DC power supply line (A) are connected, and that the differential amplifier has an adder, the inputs of which are also connected to the sinks (S., Sp) of the amplification transistors (M, Mp), a current source transistor (M) and the output of the adder between the common Sources of the amplifier transistors (M, Mp) and the second DC power supply line (Ap) are connected in series (Fig. 6). 9. Polarisationsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Lastwiderstand (N , Np) im ohmschen Bereich betriebene MOS-Transistoren sind, von denen angeschlossen sind: die Gatter und Senken galvanisch an die erste Gleichstromversorgungsleitung (A.) und die Quellen an die entsprechenden Senken (S., Sp) des ersten und zweiten Verstärkertransistors (M., M?) (Fig. 6).9. polarization arrangement according to claim 8, characterized in that the first and second load resistance (N, N p ) are operated in the ohmic range MOS transistors, of which are connected: the gates and sinks galvanically to the first DC power supply line (A.) and the sources to the corresponding sinks (S., Sp) of the first and second amplifier transistor (M., M ? ) (Fig. 6). 10. Polarisationsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer zwei parallel geschaltete MOS-Addiertransistoren (M,-, M) aufweist, von denen angeschlossen sind: die Gatter an die Senken (S , S„) der Verstärkungstransistoren (M , Mp), die Senken an die Quelle des Stromquellentransistors (M-) und die Quellen galvanisch an die zweite Gleicnstromversorgungsleitung (Ap) (Fig. 6).10. polarization arrangement according to claim 7 »characterized in that that the adder has two parallel-connected MOS adding transistors (M, -, M), one of which is connected are: the gates to the sinks (S, S ") of the amplification transistors (M, Mp), the sinks to the source of the current source transistor (M-) and the sources galvanically to the second DC power supply line (Ap) (Fig. 6).
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