JP2004201297A - Analog circuit, and display device and electronic equipment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログ回路の技術に関する。より詳細には、トランジスタの電流特性のバラツキの影響を低減する回路技術に関する。 The present invention relates to analog circuit technology. More specifically, the present invention relates to a circuit technique for reducing the influence of variations in transistor current characteristics.
近年、ガラス上に、薄膜トランジスタ(TFT)を形成した表示装置が広く普及している。例えば、アモルファス(非晶質)シリコンを用いたTFTを各画素に配置した液晶ディスプレイ(LCD)が、ノート型パーソナルコンピュータや携帯機器などに広く用いられている。 In recent years, a display device in which a thin film transistor (TFT) is formed on glass has been widely used. For example, a liquid crystal display (LCD) in which a TFT using amorphous silicon is arranged in each pixel is widely used in a notebook personal computer, a portable device, and the like.
しかし、アモルファスシリコンを用いたTFTは、移動度が低いため、多くの電流を流すことが出来ない。そこで、ポリクリスタル(多結晶)シリコンを用いたTFTをガラス基板上に形成することが行われている。ポリクリスタルシリコンのTFTは、移動度が高い。よって、ガラス上に駆動回路も集積することが出来る。駆動回路には、主にデジタル回路が搭載されることが多い。しかし、最近は、ガラス上にあらゆる回路を搭載した、システムオンパネルの実現に向けて、研究が進められている。つまり、デジタル回路だけでなく、アナログ回路を搭載することも検討されている。 However, since a TFT using amorphous silicon has low mobility, a large amount of current cannot flow. Therefore, a TFT using polycrystalline (polycrystalline) silicon is formed on a glass substrate. Polycrystalline silicon TFTs have high mobility. Therefore, a driver circuit can be integrated over glass. In many cases, a drive circuit mainly includes a digital circuit. However, recently, research is being conducted toward realizing a system-on-panel in which all circuits are mounted on glass. In other words, mounting an analog circuit as well as a digital circuit is being studied.
そこで、アナログ回路の一つとして、ソースフォロワ回路の構成について述べる。図21に、ソースフォロワ回路の回路図を示す。トランジスタTR1のゲート端子4308には、入力電圧Viが入力される。トランジスタTR2のゲート端子4309には、バイアス電圧Vbが加えられる。そして、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧をVgs1とする。なお、簡単のため、低電位側電源(Vss)の電位は、0Vであるとする。すると、トランジスタTR1のソース端子4310の電圧(出力電圧Vo)は、以下の式(1)を満たす。
Therefore, a configuration of a source follower circuit will be described as one of the analog circuits. FIG. 21 shows a circuit diagram of the source follower circuit. The input voltage Vi is input to the
ここで、簡単のため、トランジスタTR1とトランジスタTR2の電流特性やトランジスタサイズ(ゲート長L、ゲート幅W)などが同一であるとする。ここで、トランジスタTR1とトランジスタTR2は、直列に接続されているため、各々のトランジスタには、同量の電流が流れる。よって、トランジスタTR1とトランジスタTR2とが、両方とも飽和領域で動作する場合は、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧Vgs1が、トランジスタTR2のゲート・ソース間電圧、すなわち、バイアス電圧Vbと等しくなる。従って、以下の式(2)を満たす。 Here, for simplicity, it is assumed that the transistor TR1 and the transistor TR2 have the same current characteristics, transistor size (gate length L, gate width W), and the like. Here, since the transistor TR1 and the transistor TR2 are connected in series, the same amount of current flows through each transistor. Therefore, when both the transistor TR1 and the transistor TR2 operate in the saturation region, the gate-source voltage Vgs1 of the transistor TR1 becomes equal to the gate-source voltage of the transistor TR2, that is, the bias voltage Vb. Therefore, the following expression (2) is satisfied.
しかしながら、トランジスタTR1とトランジスタTR2のトランジスタサイズ(ゲート長L、ゲート幅W)を同一にして設計しても、実際に製造すると、各々のサイズがばらついたりしてしまう。また、ゲート絶縁膜の膜厚のバラツキや、チャネル形成領域の結晶状態のバラツキなどが要因となって、トランジスタの電流特性、例えば、しきい値電圧や移動度などが、ばらついてしまう。 However, even if the transistor size (gate length L, gate width W) of the transistor TR1 and the transistor TR2 is designed to be the same, each size will vary when actually manufactured. In addition, variations in the thickness of the gate insulating film, variations in the crystal state of the channel formation region, and the like cause variations in current characteristics of the transistor, such as the threshold voltage and the mobility.
ここで、一例として、トランジスタTR1のしきい値電圧が2Vであり、トランジスタTR2のしきい値電圧は、ばらついて、3Vになっているとする。なお、トランジスタに流れる電流は、ゲート・ソース間電圧からしきい値電圧を差し引いた値に応じて変化する。したがって、トランジスタTR2に流れる電流と同量の電流をトランジスタTR1に流すためには、しきい値電圧が1V小さいため、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧も1V小さくなってしまう。その結果、トランジスタTR1とトランジスタTR2のしきい値電圧が同じ場合と比較すると、式(1)、式(2)より、出力電圧Voが1V高くなってしまうことが分かる。 Here, as an example, it is assumed that the threshold voltage of the transistor TR1 is 2V, and the threshold voltage of the transistor TR2 varies and is 3V. Note that the current flowing through the transistor changes according to a value obtained by subtracting a threshold voltage from a gate-source voltage. Therefore, in order to make the same amount of current flow in the transistor TR1 as the current flowing in the transistor TR2, the threshold voltage is smaller by 1V, so that the gate-source voltage of the transistor TR1 is also reduced by 1V. As a result, as compared with the case where the threshold voltages of the transistor TR1 and the transistor TR2 are the same, it can be seen from the equations (1) and (2) that the output voltage Vo increases by 1V.
以上のように、トランジスタTR1とトランジスタTR2の電流特性やトランジスタサイズなどがばらつくと、出力電圧Voもばらついてしまう。 As described above, if the current characteristics and the transistor size of the transistors TR1 and TR2 vary, the output voltage Vo also varies.
そこで、ばらつきの影響を少なくできるように、補正を行う技術が検討されている。例えば、ばらつきを補正したソースフォロワ回路が報告されている(非特許文献1参照。)。 Therefore, a technique for performing correction so as to reduce the influence of variation has been studied. For example, a source follower circuit in which variation has been corrected has been reported (see Non-Patent Document 1).
図24に、その回路図を示す。次に、その回路の動作について述べる。まず、スイッチ4401から4406のうち、スイッチ4401、4406、4404をオンにする。なお、スイッチは、オンにすると、導通状態になるものとする。そして、入力端子4407入力電圧Viが加えられる。次に、スイッチ4401、4406をオフにして、スイッチ4402をオンにする。すると、容量4409に、最初のオフセット電圧が保存される。次に、スイッチ4402、4404をオフにして、スイッチ4403をオンにする。すると、容量4410に、2番目のオフセット電圧が保存される。以上の動作の結果、出力電圧Voのばらつきは、補正される。
上述した図24のソースフォロワ回路において、補正を行う場合、非常に多くのステップを必要とする。つまり、スイッチ4401から4406のオンオフを何回も繰り返し、ようやく、補正が完了する。そのため、通常の動作を開始させるためには、補正を行うための多くの時間が必要となってしまう。
In the source follower circuit of FIG. 24 described above, when performing correction, an extremely large number of steps are required. That is, the
また、数多くのスイッチや容量が必要になる。そのため、レイアウト面積が増大し、製造上の歩留まりを低下させる要因にもなる。 Also, many switches and capacitors are required. For this reason, the layout area increases, which also causes a reduction in manufacturing yield.
また、ソースフォロワ以外のアナログ回路においても、トランジスタの電流特性などがばらつくと、正常に動作しなかったり、出力結果がばらついたりしてしまう。 Also, in an analog circuit other than the source follower, if the current characteristics of the transistor vary, the circuit does not operate normally or the output result varies.
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制した電気回路を提供することを課題とする。より詳しくは、アナログ信号を取り扱う電気回路において、トランジスタの特性バラツキの影響を抑制して、所望の動作を行うことができる電気回路を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric circuit in which influence of variation in characteristics of transistors is suppressed. More specifically, an object of the present invention is to provide an electric circuit which can perform a desired operation by suppressing an influence of variation in characteristics of a transistor in an electric circuit which handles an analog signal.
本発明は、上記の問題点を解決するために、以下に示す構成のアナログ回路を用いる。 The present invention uses an analog circuit having the following configuration to solve the above problems.
本発明は上記構成によって、第1のトランジスタと第1の容量素子と第1のスイッチと第1の端子と第2の端子と第2のトランジスタと第2の容量素子と第2のスイッチと第3の端子と第4の端子とを有するアナログ回路であって、前記第1のトランジスタのゲート端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが電気的に接続され、前記第2のトランジスタのゲート端子と前記第2の容量素子の一方の端子とが電気的に接続され、前記第1のトランジスタのソース端子と第2のトランジスタのソース端子とが電気的に接続され、前記第1の端子と、前記第1の容量素子の一方の端子とは、前記第1のスイッチを介して電気的に接続され、前記第3の端子と、前記第2の容量素子の一方の端子とは、前記第2のスイッチを介して電気的に接続され、前記第1の容量素子の他方の端子と、前記第2の端子または前記第1のトランジスタのソース端子のいずれか一つの端子とが電気的に接続される手段を有し、前記第2の容量素子の他方の端子と、前記第4の端子または前記第2のトランジスタのソース端子のいずれか一つの端子と電気的に接続される手段を有していることを特徴とするアナログ回路が提供される。 According to the above structure, the present invention provides a first transistor, a first capacitor, a first switch, a first terminal, a second terminal, a second transistor, a second capacitor, a second switch, and a second switch. An analog circuit having a third terminal and a fourth terminal, wherein a gate terminal of the first transistor and one terminal of the first capacitor are electrically connected to each other; A gate terminal electrically connected to one terminal of the second capacitor, a source terminal of the first transistor electrically connected to a source terminal of the second transistor, and the first terminal And one terminal of the first capacitive element are electrically connected via the first switch, and the third terminal and one terminal of the second capacitive element are Electrically connected via a second switch Means for electrically connecting the other terminal of the first capacitor element to one of the second terminal and the source terminal of the first transistor; An analog circuit is provided, comprising means electrically connected to the other terminal of the element and any one of the fourth terminal and the source terminal of the second transistor. You.
上記構成のアナログ回路において、動作方法として、2つの動作状態に分けられる。1つが、補正動作であり、もう1つが、通常動作である。補正動作においては、バラツキの影響を補正するための情報を取得する。そして、通常動作において、補正動作で得た情報を入力信号に上乗せし、本来の回路の動作を行う。このように、補正動作で得た情報を入力信号に上乗せするため、通常動作においては、バラツキの影響が低減されている。 In the analog circuit having the above configuration, the operation method is divided into two operation states. One is a correction operation, and the other is a normal operation. In the correction operation, information for correcting the influence of the variation is obtained. Then, in the normal operation, the information obtained by the correction operation is added to the input signal, and the operation of the original circuit is performed. As described above, since the information obtained by the correction operation is added to the input signal, the influence of the variation is reduced in the normal operation.
また、補正動作によって得た情報は、保存しておく。そして、通常動作を行う時には、前記保存しておいた情報を用いる。その結果、通常動作を行う度に補正動作を行う必要はない。 Information obtained by the correction operation is stored. When performing a normal operation, the stored information is used. As a result, it is not necessary to perform the correction operation every time the normal operation is performed.
そこで次に、各動作状態における回路の接続状態を示す。 Therefore, the connection state of the circuit in each operation state will be described next.
まず、図22に、補正動作を行っている場合の回路の接続状態を示す。トランジスタTR1のゲート端子とソース端子との間に、容量素子104が配置されている。容量素子104の一方の端子とトランジスタTR1のゲート端子とは、電気的に接続されており、容量素子104の他方の端子とトランジスタTR1のソース端子とは、電気的に接続されている。ここで、各端子は電気的に接続されているため、端子間の配線上には、オン状態のスイッチや受動素子や能動素子などが配置されていてもよい。なお、以後、本明細書において、接続されているとは、電気的に接続されていることと同じであるとする。したがって、本発明が開示する構成において、所定の接続関係に加え、その間に電気的な接続を可能とする他の素子(例えば、別の素子やスイッチなど)が配置されていてもよい。また、トランジスタTR1のゲート端子、ドレイン端子、ソース端子は、各々、別の素子(スイッチ、トランジスタのような能動素子、受動素子等)や配線などに電気的に接続されている。
First, FIG. 22 shows a connection state of the circuit when the correction operation is performed. The
この接続状態は、前記第1のトランジスタのゲート端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが接続され、前記第1の端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが接続され、前記第1の容量素子の他方の端子と前記第2の端子とが非接続になり、前記第1の容量素子の他方の端子と前記第1のトランジスタのソース端子とが接続されていることに相当する。 In this connection state, the gate terminal of the first transistor is connected to one terminal of the first capacitor, the first terminal is connected to one terminal of the first capacitor, The other terminal of the first capacitor is not connected to the second terminal, and the other terminal of the first capacitor is connected to the source terminal of the first transistor. Equivalent to.
このような接続状況において、トランジスタTR1のドレイン・ソース間には、ある値の電流が流れている。なお、その電流の値は、ゼロを含み、任意である。そして、容量素子104には、前記電流が流れているときのトランジスタTR1のゲート・ソース間電圧Vgsが保存される。トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧Vgsの大きさは、トランジスタTR1のドレイン・ソース間に流れる電流の大きさに応じた大きさとなる。したがって、トランジスタTR1の電流特性やトランジスタサイズなどがばらつけば、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧Vgsの大きさも、それによって、異なった値となる。ただし、トランジスタがばらついても、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧Vgsの大きさは、トランジスタTR1のドレイン・ソース間に流れる電流の大きさに応じた大きさとなることには、変わりはない。
In such a connection state, a current of a certain value flows between the drain and the source of the transistor TR1. The value of the current includes zero and is arbitrary. Then, the gate-source voltage Vgs of the transistor TR1 when the current is flowing is stored in the
このようにして、補正動作において、バラツキの影響を補正するための情報、つまり、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧を取得する。 In this way, in the correction operation, information for correcting the influence of the variation, that is, the gate-source voltage of the transistor TR1 is obtained.
次に、図23に、通常動作を行っている場合の回路の接続状態を示す。トランジスタTR1のゲート端子と入力端子108との間に、容量素子104が配置されている。容量素子104の一方の端子とトランジスタTR1のゲート端子とは電気的に接続されており、容量素子104の他方の端子と入力端子108とは、電気的に接続されている。そして、入力端子108には、入力電圧Viが加えられる。ここで、容量素子104には、補正動作の時に得た電荷が、保存されている。したがって、トランジスタTR1のゲート端子には、入力電圧Viに、容量素子104に保存されている電圧を上乗せした電圧が加わることになる。
Next, FIG. 23 illustrates a connection state of a circuit in a case where normal operation is performed. The
この接続状態は、前記第1のトランジスタのゲート端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが接続され、前記第1の端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが非接続になり、前記第1の容量素子の他方の端子と前記第2の端子とが接続され、前記第1の容量素子の他方の端子と前記第1のトランジスタのソース端子とが非接続になっていることに相当する。 In this connection state, the gate terminal of the first transistor is connected to one terminal of the first capacitor, and the first terminal is disconnected from one terminal of the first capacitor. The other terminal of the first capacitor is connected to the second terminal, and the other terminal of the first capacitor is not connected to the source terminal of the first transistor. It corresponds to that.
このように、トランジスタTR1のゲート端子には、入力電圧Viがそのまま加わるのではなく、容量素子104に保存されている電圧が上乗せされて、加えられる。容量素子104に保存されている電圧の大きさは、トランジスタTR1の電流特性やトランジスタサイズなどに応じた大きさになる。つまり、トランジスタTR1の電流特性やトランジスタサイズなどがばらついても、それに応じて、容量素子104に保存されている電圧の大きさが変わるため、結果として、トランジスタTR1のバラツキの影響を低減することが可能となる。
As described above, the input voltage Vi is not applied as it is to the gate terminal of the transistor TR1, but the voltage stored in the
このような補正を、各々のトランジスタに対して行うことにより、回路全体のばらつきを補正することができるようになる。つまり、前記第1のトランジスタや前記第2のトランジスタや、回路を構成する様々なトランジスタに対して、適用することにより、ばらつきを補正することが可能となる。 By performing such correction for each transistor, it becomes possible to correct variations in the entire circuit. That is, by applying the present invention to the first transistor, the second transistor, and various transistors included in a circuit, variation can be corrected.
なお、補正動作の時には図22のように電気的に接続され、通常動作の時には図23のように電気的に接続されるためには、ある端子とある端子との間にスイッチを配置すれば実現できる。そのようなスイッチは、数個あればよい。 In order to be electrically connected as shown in FIG. 22 during the correction operation and electrically as shown in FIG. 23 during the normal operation, it is necessary to arrange a switch between a certain terminal and a certain terminal. realizable. Only a few such switches are required.
なお、図22、図23においては、トランジスタTR1はnチャネル型としているが、これに限定されず、pチャネル型で構成することも可能である。pチャネル型で構成する場合も、補正動作を行うときには、容量素子104をトランジスタTR1のゲート・ソース間に配置することに注意すれば、容易に、変形できる。
Note that in FIGS. 22 and 23, the transistor TR1 is an n-channel transistor; however, the present invention is not limited to this, and the transistor TR1 may be a p-channel transistor. Even in the case of the p-channel type, it can be easily deformed by taking care that the
なお、補正動作は、通常動作を行う前に、すくなくとも1度行えばよい。つまり、容量素子104に、適切な電圧が保持されていれば、通常動作を行うことができる。ただし、容量素子104に保存されている電荷は、ノイズやもれ電流などが原因となって、徐々に、変化してしまう場合がある。その時には、容量素子104に保存されている電荷が、大きく変化してしまう前に、再び、補正動作を行えばよい。
The correction operation may be performed at least once before performing the normal operation. That is, when an appropriate voltage is held in the
上述したように、少なくとも、1度、補正動作を行うだけで、その後の通常動作において、トランジスタの特性ばらつきの影響を低減することが出来る。そのため、駆動タイミングが複雑になることもなく、動作が簡単になる。 As described above, the effect of the variation in transistor characteristics can be reduced in the subsequent normal operation only by performing the correction operation at least once. Therefore, the operation is simplified without complicating the drive timing.
また、容量は、容量素子104だけでよく、スイッチも数個あればよい。よって、レイアウト面積が小さくできる。その結果、製造上の歩留まりが低下することを防いだり、小型化させたりすることが出来る。
In addition, the capacitance may be only the
なお、本発明におけるトランジスタは、どのような材料、手段、製造方法によりできたトランジスタでもよいし、どうのようなタイプのトランジスタでもよい。例えば、薄膜トランジスタ(TFT)でもよい。TFTのなかでも、半導体層が非晶質(アモルファス)のものでもよいし、多結晶(ポリクリスタル)でも、単結晶のものでもよい。その他のトランジスタとして、単結晶基板において作られたトランジスタでもよいし、SOI基板において作られたトランジスタでもよいし、プラスチック基板の上に形成されたトランジスタでもよいし、ガラス基板上に形成されたトランジスタでもよい。その他にも、有機物やカーボンナノチューブで形成されたトランジスタでもよい。また、MOS型トランジスタでもよいし、バイポーラ型トランジスタでもよい。 Note that the transistor in the present invention may be a transistor formed by any material, means, or manufacturing method, or may be any type of transistor. For example, a thin film transistor (TFT) may be used. Among the TFTs, the semiconductor layer may be amorphous, polycrystalline (polycrystal), or single crystal. As another transistor, a transistor formed on a single crystal substrate, a transistor formed on an SOI substrate, a transistor formed on a plastic substrate, a transistor formed on a glass substrate, or the like. Good. In addition, a transistor formed of an organic substance or a carbon nanotube may be used. Further, a MOS transistor or a bipolar transistor may be used.
また、本発明は上記構成によって、電流を供給する手段を有し、前記第1のトランジスタのソース端子と、前記電流を供給する手段とが電気的に接続されていることを特徴とするアナログ回路が提供される。 Further, according to the present invention, an analog circuit includes a means for supplying a current, and a source terminal of the first transistor and the means for supplying the current are electrically connected. Is provided.
このように、電流を供給する手段を設けることにより、アナログ回路のバイアスを設定することが可能となる。 By providing the means for supplying a current in this way, it is possible to set the bias of the analog circuit.
また、本願発明は上記構成によって、第1のトランジスタに流れる電流を遮断する手段と、第2のトランジスタに流れる電流を遮断する手段とを有していることを特徴とするアナログ回路が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided an analog circuit having the above structure, which includes means for interrupting a current flowing in a first transistor and means for interrupting a current flowing in a second transistor. .
この構成により、第1のトランジスタと第2のトランジスタに関して、別々に補正を行うことが可能となる。 With this configuration, it is possible to separately correct the first transistor and the second transistor.
また、本願発明は上記構成によって、前記第1の端子と前記第2の端子とが、電気的に接続され、前記第3の端子と前記第4の端子とが、電気的に接続されていることを特徴とするアナログ回路が提供される。 Further, according to the present invention, the first terminal and the second terminal are electrically connected to each other, and the third terminal and the fourth terminal are electrically connected to each other. An analog circuit is provided.
この構成により、第1の端子と第3の端子とに、電圧を供給するための配線を省略することが可能となる。 With this configuration, wiring for supplying a voltage to the first terminal and the third terminal can be omitted.
本発明では、トランジスタのゲート端子に、入力電圧がそのまま加わるのではなく、容量素子に保存されている電圧が上乗せされて、加えられる。前記容量素子に保存されている電圧の大きさは、前記トランジスタの電流特性やトランジスタサイズなどに応じた大きさになる。そのため、、トランジスタの電流特性やトランジスタサイズなどがばらついても、それに応じて、前記容量素子に保存されている電圧の大きさが変わるため、結果として、前記トランジスタのバラツキの影響を低減することが可能となる。 In the present invention, the input voltage is not applied to the gate terminal of the transistor as it is, but is added with the voltage stored in the capacitor. The magnitude of the voltage stored in the capacitive element depends on the current characteristics of the transistor, the size of the transistor, and the like. Therefore, even if the current characteristics of the transistor, the transistor size, and the like vary, the magnitude of the voltage stored in the capacitor changes accordingly.As a result, it is possible to reduce the influence of the variation in the transistor. It becomes possible.
また、容量素子に電圧を保存する動作、つまり、補正動作は、少なくとも、1度だけ行えばよい。すると、その後の通常動作において、トランジスタの特性ばらつきの影響を低減することが出来る。そのため、駆動タイミングが複雑になることもなく、動作が簡単になる。 In addition, the operation of storing the voltage in the capacitor, that is, the correction operation may be performed at least once. Then, in the subsequent normal operation, the influence of the variation in the characteristics of the transistor can be reduced. Therefore, the operation is simplified without complicating the drive timing.
また、容量素子の個数やスイッチの個数も少ないため、レイアウト面積が小さくできる。その結果、製造上の歩留まりが低下することを防いだり、小型化させたりすることが出来る。 Further, since the number of capacitors and the number of switches are small, the layout area can be reduced. As a result, it is possible to prevent the production yield from lowering and to reduce the size.
(実施の形態1)
本発明は、アナログ回路、例えば、差動回路、増幅回路、オペアンプなどに代表される演算回路など、さまざまな回路に適用することが出来る。そこで、本実施の形態では、一例として、本発明を適用した差動回路について説明する。
(Embodiment 1)
The present invention can be applied to various circuits such as an analog circuit, for example, a differential circuit, an amplifier circuit, and an arithmetic circuit represented by an operational amplifier. Therefore, in this embodiment, a differential circuit to which the present invention is applied will be described as an example.
まず、本発明を適用した差動回路について、図1に、回路構成を示す。従来の差動回路では、電流源として動作し、回路のバイアスを設定するトランジスタTR21が配置され、差動動作するためのトランジスタTR11のソース端子と、トランジスタTR12のソース端子とが、トランジスタTR21のドレイン端子に接続されている。トランジスタTR11のドレイン端子は、負荷1812などを介して高電位側電源(Vdd)に接続され、トランジスタTR12のドレイン端子も、負荷1813などを介して高電位側電源(Vdd)に接続される。
First, FIG. 1 shows a circuit configuration of a differential circuit to which the present invention is applied. In the conventional differential circuit, a transistor TR21 that operates as a current source and sets a bias of the circuit is arranged. Connected to terminal. The drain terminal of the transistor TR11 is connected to a high potential power supply (Vdd) via a
それに対し、本発明を適用した差動回路では、スイッチ1801〜1811、容量素子1812、1813などを追加している。
On the other hand, in the differential circuit to which the present invention is applied,
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、そのトランジスタは、単なるスイッチとして動作するため、トランジスタの極性は特に限定されない。ただし、オフ電流が少ない方が望ましい場合、例えば、容量素子1812、1813に接続されているスイッチなどでは、オフ電流が少ない方の極性のトランジスタを用いることが望ましい。オフ電流が少ないトランジスタとしては、LDD領域を設けているもの等がある。また、スイッチとして動作させるトランジスタのソース端子の電位が、低電位側電源(Vss、Vgnd、0Vなど)に近い状態で動作する場合はnチャネル型を、反対に、ソース端子の電位が、高電位側電源(Vddなど)に近い状態で動作する場合はpチャネル型を用いることが望ましい。なぜなら、ゲート・ソース間電圧の絶対値を大きくできるため、スイッチとして、動作しやすいからである。なお、nチャネル型とpチャネル型の両方を用いて、CMOS型にしてもよい。
Note that when a transistor is used as a switch, the polarity of the transistor is not particularly limited because the transistor operates as a simple switch. However, in the case where it is preferable that the off-state current be small, for example, in a switch or the like connected to the
またスイッチは、電気的スイッチでも機械的なスイッチでも何でも良い。電流の流れを制御できるものなら、何でも良い。トランジスタでもよいし、ダイオードでもよいし、それらを組み合わせた論理回路でもよい。 The switch may be an electric switch or a mechanical switch. Anything can be used as long as it can control the current flow. It may be a transistor, a diode, or a logic circuit combining them.
そこで次に、図1の差動回路の動作について、図2〜図6を用いて説明する。 Thus, next, the operation of the differential circuit in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
まず、補正動作を行う。その時、トランジスタTR11とトランジスタTR12とに関して、同時に補正動作を行ってもよい。しかし、電流源として動作するトランジスタTR21は1個だけであり、同じトランジスタを用いて補正動作を行う方が精度が高いと考えられる。したがって、まず、トランジスタTR11とトランジスタTR21を用いて補正動作を行い、その後、トランジスタTR12とトランジスタTR21を用いて補正動作を行う。なお、この順序は、逆にしてもよい。 First, a correction operation is performed. At that time, the correction operation may be performed simultaneously on the transistors TR11 and TR12. However, there is only one transistor TR21 that operates as a current source, and it is considered that performing the correction operation using the same transistor has higher accuracy. Therefore, first, a correction operation is performed using the transistors TR11 and TR21, and then a correction operation is performed using the transistors TR12 and TR21. Note that this order may be reversed.
まず、図2に示すように、トランジスタTR11とトランジスタTR21を用いて補正動作を行う。この時、トランジスタTR21を流れる電流が、トランジスタTR11の方には流れて、トランジスタTR12の方には流れないようにする。もし、トランジスタTR12の方にも流れてしまったら、その分だけ、誤差が生じてしまうことになるからである。そこで、トランジスタTR21を流れる電流が、トランジスタTR12の方には流れないようにするため、スイッチ1801〜1804を用いて、電流を制御する。
First, as shown in FIG. 2, a correction operation is performed using the transistors TR11 and TR21. At this time, the current flowing through the transistor TR21 is made to flow toward the transistor TR11 but not to the transistor TR12. This is because if the current also flows toward the transistor TR12, an error is generated by that much. Therefore, in order to prevent the current flowing through the transistor TR21 from flowing toward the transistor TR12, the current is controlled using the
図2では、スイッチ1801をオンにして、スイッチ1802〜1804をオフにしている。スイッチ1801は、第2高電位側電源(Vdd2)に接続されている。ただし、スイッチ1801は、負荷1812などが接続されている第1高電位側電源(Vdd1)に接続されていてもよい。つまり、トランジスタTR11に電流が流れて、トランジスタTR12に電流が流れないようになっていればよい。従って、スイッチ1802やスイッチ1803の配置を変更し、例えば、トランジスタTR11のソース端子とトランジスタTR21のドレイン端子との間にスイッチ1802を配置するなどのようにしてもよい。あるいは、負荷1812、1813の中に、電流を制御する機能を入れてもよい。あるいは、スイッチ1801と第2高電位側電源(Vdd2)を削除し、スイッチ1802を制御するようにしてもよい。その場合は、負荷1812が、電流を流すことが可能な状態になっている必要がある。
In FIG. 2, the
このようにして、容量素子1812に、トランジスタTR11のゲート・ソース間電圧Va1が保存される。図3に示すように、スイッチ1806や1808などをオフにすれば、容量素子1812に蓄積された電荷は、保持される。
Thus, the gate-source voltage Va1 of the transistor TR11 is stored in the
次に、図4、図5に示すように、トランジスタTR12とトランジスタTR21を用いて補正動作を行う。各スイッチのオンオフは、図2、図3と同様に行えばよい。容量素子1813に、トランジスタTR12のゲート・ソース間電圧Va2が保存される。以上により、補正動作が終了する。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, a correction operation is performed using the transistors TR12 and TR21. Each switch may be turned on and off in the same manner as in FIGS. The gate-source voltage Va2 of the transistor TR12 is stored in the
なお、補正動作は、通常動作を行う前に、すくなくとも1度行えばよい。つまり、容量素子1812、1813に、適切な電圧が保持されていれば、何回でも通常動作を行うことができる。ただし、容量素子1812、1813に保存されている電荷は、ノイズやもれ電流などが原因となって、徐々に、変化してしまう場合がある。その時には、容量素子1812、1813に保存されている電荷が、大きく変化してしまう前に、再び、補正動作を行えばよい。
The correction operation may be performed at least once before performing the normal operation. That is, the normal operation can be performed any number of times as long as an appropriate voltage is held in the
次に、図6に示すように、通常動作を行う。つまり、スイッチ1801、1804、1806、1808、1809、1811をオフにし、スイッチ1802、1803、1805、1807、1810をオンにする。すると、トランジスタTR11とトランジスタTR12の特性がばらついても、それが、ゲート・ソース間電圧Va1、Va2に反映されるため、ばらつきの影響を低減できる。なお、通常動作時において、トランジスタTR11及びトランジスタTR12に流れる電流量によっては、各トランジスタのゲート・ソース間電圧は、変化する場合がある。その場合、ゲート・ソース間電圧が、Va1やVa2とは、等しくならない場合がある。しかしながら、特性バラツキに反映された値が、トランジスタのゲート端子に加えられるため、トランジスタのばらつきの影響は低減される。
Next, a normal operation is performed as shown in FIG. That is, the
なお、スイッチ1805は、その先の出力電圧Vo1を出力する部分の入力インピーダンスが高い場合は、省略してもよい。あるいは、負荷1812、1813の構成によっては、スイッチ1805などが必要ない場合もある。
Note that the
このような差動回路を用いれば、さまざまな回路を構成することが可能となる。例えば、負荷1812、1813として、抵抗素子や能動負荷回路を用いれば、差動増幅回路を構成することができる。また、負荷1812、1813として、ダイオード接続(ゲート端子とドレイン端子を接続)されたトランジスタを配置することにより、OTA(Operational Transconductance Amplifier)の回路の一部を構成することが出来る。また、さらに、これらの回路を組み合わせれば、オペアンプやセンスアンプ、コンパレータなどの回路を構成することも可能となる。
If such a differential circuit is used, various circuits can be configured. For example, when a resistance element or an active load circuit is used as the
そこで次に、負荷1812、1813として、能動負荷回路を用いた場合の差動増幅回路を対象として、構成に関して工夫した例を述べる。
Therefore, next, an example in which the configuration is devised for a differential amplifier circuit when an active load circuit is used as the
まず、補正動作時と通常動作時とで、動作点を近くすることにより、誤差を小さくする例について述べる。 First, an example will be described in which the operating point is made closer between the correction operation and the normal operation to reduce the error.
差動増幅回路のもっとも標準的な動作条件としては、入力電圧Vi1、Vi2の大きさが等しい場合が挙げられる。その場合、トランジスタTR21を流れる電流は、トランジスタTR11とトランジスタTR12とに、各々半分づつの量で電流が流れる。 The most standard operating condition of the differential amplifier circuit is when the input voltages Vi1 and Vi2 are equal. In that case, the current flowing through the transistor TR21 flows through the transistor TR11 and the transistor TR12 in a half amount.
一方、補正動作を行うときと、通常動作を行う時とでは、動作点などの動作状態が近い方が望ましい。そこで、動作点を近づけるため、補正動作を行う時の電流量を、通常動作の時の電流量の半分にしてもよい。その場合の例を図25と図26に示す。 On the other hand, when the correction operation is performed and when the normal operation is performed, it is desirable that the operation state such as the operation point is close. Therefore, in order to make the operating point closer, the amount of current when performing the correction operation may be set to half of the amount of current during normal operation. An example in that case is shown in FIGS. 25 and 26.
図25では、電流源として動作させるトランジスタとして、トランジスタTR22を追加している。トランジスタTR21とトランジスタTR22のトランジスタサイズは同一にすることが望ましい。そして、各々のゲート端子には、同一のバイアス電圧Vbを加える。そして、トランジスタTR22には、直列にスイッチ2501を配置する。そして、スイッチ2501のオンオフを切り替えることにより、補正動作を行う時の電流量を、通常動作の時の電流量の半分にする。なお、スイッチ2501は、電流量を制御できるなら、どこに配置しても良い。
In FIG. 25, a transistor TR22 is added as a transistor operated as a current source. It is desirable that the transistor sizes of the transistor TR21 and the transistor TR22 be the same. Then, the same bias voltage Vb is applied to each gate terminal. Then, a
図26では、電流源として動作させるトランジスタとして、トランジスタTR22を追加する。トランジスタTR21とトランジスタTR22のトランジスタサイズは同一にすることが望ましい。そして、トランジスタTR21のゲート端子には、バイアス電圧Vbを加える。そして、トランジスタTR22のゲート端子に加える電圧を、補正動作の時と通常動作の時とで、変える。具体的には、補正動作の時には、トランジスタTR22がオフするように、低電位側電源(Vss)を加える。通常動作時には、バイアス電圧Vbを加える。これにより、補正動作を行う時の電流量を、通常動作の時の電流量の半分にする。 In FIG. 26, a transistor TR22 is added as a transistor operated as a current source. It is desirable that the transistor sizes of the transistor TR21 and the transistor TR22 be the same. Then, a bias voltage Vb is applied to the gate terminal of the transistor TR21. Then, the voltage applied to the gate terminal of the transistor TR22 is changed between the correction operation and the normal operation. Specifically, at the time of the correction operation, a low-potential-side power supply (Vss) is applied so that the transistor TR22 is turned off. During normal operation, a bias voltage Vb is applied. Thus, the amount of current when performing the correction operation is reduced to half of the amount of current during normal operation.
このように、バイアス用のトランジスタに流れる電流の大きさを変えることにより、補正動作時と通常動作時とで、動作点を近くすることが出来る。動作点が近い方が、より、誤差が小さくなる。 As described above, by changing the magnitude of the current flowing through the bias transistor, the operating point can be made closer between the correction operation and the normal operation. The closer the operating point is, the smaller the error is.
次に、能動負荷回路を用いた場合の差動増幅回路を対象として、スイッチの接続を変更した場合の例について述べる。 Next, an example in which the connection of the switch is changed will be described for a differential amplifier circuit using an active load circuit.
図2において、スイッチ1801〜1804の配置を変更できることは、既に述べた。そこで、負荷1812、1813として、能動負荷回路を用いた差動増幅回路において、スイッチ1801〜1804の配置を変更した場合の例を示す。図27に、スイッチ1801を省いた場合を示す。
In FIG. 2, it has already been described that the arrangement of the
各スイッチの動作は、次のようになる。まず、トランジスタTR11に電流を流し、トランジスタTR12に電流を流さない場合は、スイッチ1802をオンにし、スイッチ1803をオンにして、スイッチ1804をオフにする。すると、トランジスタ1813のゲート・ソース間電圧が0Vになるため、トランジスタ1813はオフする。トランジスタ1812もオフするが、スイッチ1803からスイッチ1802を通って電流が流れる。次に、トランジスタTR11に電流を流さず、トランジスタTR12に電流を流す場合は、スイッチ1802をオフにし、スイッチ1803は、どちらでもよく、スイッチ1804をオンにする。すると、トランジスタTR12にのみ電流が流れる。最後に、トランジスタTR11とトランジスタTR12とに電流を流す場合は、つまり、通常動作の場合は、スイッチ1802をオンにし、スイッチ1803をオフにして、スイッチ1804をオフにすればよい。
The operation of each switch is as follows. First, when a current flows through the transistor TR11 and no current flows through the transistor TR12, the
このように配置すれば、スイッチの配置を変更できる。なお、接続例は、これに限定されない。 With this arrangement, the arrangement of the switches can be changed. Note that the connection example is not limited to this.
このように、本発明を差動回路に適用することにより、様々な回路を構成することが出来る。 As described above, various circuits can be configured by applying the present invention to a differential circuit.
なお、これまでは主に、トランジスタTR11、トランジスタTR12がnチャネル型の場合について述べてきた。しかし、pチャネル型にした場合にも、容易に適用できる。一例として、図1の回路をpチャネル型にした場合を、図28に示す。 Note that the case where the transistors TR11 and TR12 are of the n-channel type has been mainly described. However, the present invention can be easily applied to a p-channel type. As an example, FIG. 28 shows a case where the circuit in FIG. 1 is a p-channel type.
また、基準電圧の大きさは任意であるので、基準電圧を与えている端子は、別の配線や接点や端子に接続してもよい。例えば、図1において、基準電圧Vx1、Vx2を与えている端子は、入力電圧Vi1、Vi2を与えている端子と接続してもよいし、トランジスタのドレイン端子と接続してもよい。 In addition, since the magnitude of the reference voltage is arbitrary, the terminal providing the reference voltage may be connected to another wiring, a contact, or a terminal. For example, in FIG. 1, the terminals supplying the reference voltages Vx1 and Vx2 may be connected to the terminals supplying the input voltages Vi1 and Vi2, or may be connected to the drain terminals of the transistors.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明のアナログ回路の一例として、ソースフォロワ回路を示し、その構成と動作について説明する。まず、本発明のソースフォロワ回路の構成を図18を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a source follower circuit will be described as an example of the analog circuit of the present invention, and the configuration and operation will be described. First, the configuration of the source follower circuit of the present invention will be described with reference to FIG.
図18において、トランジスタTR1はnチャネル型のトランジスタであり、電流を増幅させる機能を有する。トランジスタTR2はnチャネル型のトランジスタであり、通常は、電流源として動作し、ソースフォロワ回路に対するバイアスを決定している。容量素子104は、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧を保持する機能を有する。また、101〜103、105は、スイッチであり、好ましくはトランジスタなどの半導体素子が用いられる。スイッチ101〜103、105を制御することによって、補正動作の時と通常動作の時とで、ソースフォロワ回路の接続状況を変える。
In FIG. 18, a transistor TR1 is an n-channel transistor and has a function of amplifying current. The transistor TR2 is an n-channel transistor, and normally operates as a current source, and determines a bias for the source follower circuit. The
図18において、トランジスタTR1のドレイン端子は、高電位側電源(Vdd)に接続されている。トランジスタTR2のソース端子は、低電位側電源(Vss)に接続されている。なお、簡単のため、低電位側電源(Vss)の電位は、0Vであるとする。端子106は、トランジスタTR1のソース端子であり、トランジスタTR2のドレイン端子と接続されており、スイッチ105を介して、出力端子110と接続されている。
In FIG. 18, the drain terminal of the transistor TR1 is connected to a high potential side power supply (Vdd). The source terminal of the transistor TR2 is connected to the lower potential power supply (Vss). For simplicity, it is assumed that the potential of the low potential side power supply (Vss) is 0V. The terminal 106 is the source terminal of the transistor TR1, is connected to the drain terminal of the transistor TR2, and is connected to the
端子107には、基準電圧Vxが加えられており、スイッチ101を介して、トランジスタTR1のゲート端子、容量素子104の一方の端子と接続されている。入力端子108には、入力電圧Viが加えられており、スイッチ102を介して、容量素子104の他方の端子と接続されている。そして、容量素子104の他方の端子は、スイッチ103を介して、トランジスタTR1のソース端子106と接続されている。トランジスタTR2のゲート端子109には、バイアス電圧Vbが加えられている。
A reference voltage Vx is applied to the terminal 107, and the terminal 107 is connected to the gate terminal of the transistor TR1 and one terminal of the
次に、図18に示したソースフォロワ回路の動作について、説明する。 Next, the operation of the source follower circuit shown in FIG. 18 will be described.
まず、補正動作を行う。スイッチ101、103をオンにして導通状態にし、スイッチ102、105をオフにして非導通状態にする。トランジスタTR2のゲート端子109には、バイアス電圧Vbが加えられているので、トランジスタTR2に電流が流れる。この時、端子106は、端子107と容量素子104を介して接続されており、端子107には、基準電圧Vxが加えられている。よって、端子107から端子106の間に電流が流れる。そして、容量素子104の両端の電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧よりも大きくなると、トランジスタTR1がオンし、トランジスタTR1のソース・ドレイン間にも電流が流れるようになる。そして、トランジスタTR2のソース・ドレイン間に流れる電流値と、トランジスタTR1のソース・ドレイン間に流れる電流値が等しくなると、容量素子104には電流が流れなくなり、定常状態となる。
First, a correction operation is performed. The
この時、容量素子104には、トランジスタTR2に流れる電流と同量の電流がトランジスタTR1に流れるのに必要な電圧、つまり、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧が保持されている。したがって、トランジスタTR1の電流特性やトランジスタサイズなどがばらつけば、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧の大きさも、それによって、異なった値となる。この時のトランジスタTR1のゲート・ソース間電圧の大きさをVaとする。すると、端子106の電位は、基準電圧Vxよりも、Vaだけ低い電位になる。
At this time, the
なお、すでに、定常状態になっており、端子106と端子107の間には電流が流れていないため、スイッチ101、103をオフにしても、問題ない。その結果、容量素子104の電荷は保持され、容量素子104の両端の電圧は、電荷保存の法則により、変化しなくなる。
Note that since the current is already in a steady state and no current flows between the terminal 106 and the terminal 107, there is no problem even if the
以上の動作により、補正動作が終了する。この補正動作により、容量素子104に、適切な電圧が保持されることになる。
With the above operation, the correction operation ends. By this correction operation, an appropriate voltage is held in the
なお、補正動作の時に、出力端子110の方へ電流が流れ続けないならば、つまり、出力端子110の入力インピーダンスが十分高いならば、スイッチ105は省略して、端子106と出力端子110を直接接続してもよい。
Note that if current does not continue to flow toward the
なお、補正動作は、通常動作を行う前に、すくなくとも1度行えばよい。つまり、容量素子104に、適切な電圧が保持されていれば、何回でも通常動作を行うことができる。ただし、容量素子104に保存されている電荷は、ノイズやもれ電流などが原因となって、徐々に、変化してしまう場合がある。その時には、容量素子104に保存されている電荷が、大きく変化してしまう前に、再び、補正動作を行えばよい。
The correction operation may be performed at least once before performing the normal operation. That is, the normal operation can be performed any number of times as long as an appropriate voltage is held in the
そして次に、通常動作を行う。スイッチ102、105をオンにして、スイッチ101、103をオフにする。端子108には、入力電圧Viが加えられている。よって、トランジスタTR1のゲート端子には、入力電圧Viに、容量素子104の電圧Vaが上乗せされた電圧が加えられることになる。そして、定常状態になると、トランジスタTR2のソース・ドレイン間に流れる電流値と、トランジスタTR1のソース・ドレイン間に流れる電流値が等しくなる。その時のトランジスタTR1のゲート・ソース間電圧は、Vaである。
Then, the normal operation is performed. The
したがって、端子106の電位は、トランジスタTR1のゲート端子の電位よりも、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧であるVaだけ、低い電位になる。そして、トランジスタTR1のゲート端子の電位は、入力電圧ViよりVaだけ、高い電位になる。以上のことから、端子106の電位は、入力電圧Viと等しくなる。つまり、出力電圧Voは、入力電圧Viと等しくなる。 Therefore, the potential of the terminal 106 becomes lower than the potential of the gate terminal of the transistor TR1 by Va, which is the gate-source voltage of the transistor TR1. Then, the potential of the gate terminal of the transistor TR1 becomes higher by Va than the input voltage Vi. From the above, the potential of the terminal 106 becomes equal to the input voltage Vi. That is, the output voltage Vo becomes equal to the input voltage Vi.
従って、出力電圧Voには、基準電圧Vxの値には依存しない。これは、基準電圧Vxの大きさが、どのような大きさであっても、問題ない、ということを表していることになる。つまり、正常に補正動作を行えれば、基準電圧Vxの大きさは任意である。ただし、基準電圧Vxの大きさは、トランジスタTR1とトランジスタTR2とが、飽和領域で動作できる大きさにすることが、より望ましい。なぜなら、通常、ソースフォロワ回路では、飽和領域で動作させることが多いためである。 Therefore, the output voltage Vo does not depend on the value of the reference voltage Vx. This means that there is no problem regardless of the magnitude of the reference voltage Vx. That is, the magnitude of the reference voltage Vx is arbitrary as long as the correction operation can be performed normally. However, it is more desirable that the reference voltage Vx be large enough to allow the transistors TR1 and TR2 to operate in the saturation region. This is because the source follower circuit is usually operated in a saturation region in many cases.
また、基準電圧Vxの大きさは任意であるので、端子107は、別の配線や接点や端子に接続してもよい。例えば、端子107を入力端子108に接続してもよい。このとき、基準電圧Vxの大きさは任意であるので、補正動作を行っているときの入力電圧Viの大きさも、任意である。よって、補正動作を行っている時と、通常動作を行っている時とで、入力電圧Viの大きさが異なっていてもよい。
Further, since the magnitude of the reference voltage Vx is arbitrary, the terminal 107 may be connected to another wiring, a contact, or a terminal. For example, the terminal 107 may be connected to the
同様に、端子107は、高電位側電源(Vdd)に接続してもよいし、トランジスタTR1のドレイン端子に接続してもよいし、出力端子110に接続してもよいし、端子109に接続してもよい。このように、端子107は、任意の場所に接続することが可能である。
Similarly, the terminal 107 may be connected to a high potential side power supply (Vdd), may be connected to the drain terminal of the transistor TR1, may be connected to the
また、出力電圧Voは、基準電圧Vxの値に依存しないのと同様、トランジスタTR1ゲート・ソース間電圧Vaにも依存しない。これは、Vaの大きさが、どのような大きさであっても、問題ない、ということを表していることになる。つまり、トランジスタTR1の電流特性(移動度やしきい値電圧など)やトランジスタサイズ(ゲート長L、ゲート幅W)などがばらついても、その影響が出ない、ということを表している。 Further, the output voltage Vo does not depend on the voltage Va between the gate and the source of the transistor TR1, as does not depend on the value of the reference voltage Vx. This means that there is no problem irrespective of the magnitude of Va. That is, even if the current characteristics (such as mobility and threshold voltage) of the transistor TR1 and the transistor size (gate length L and gate width W) vary, the influence is not exerted.
また、出力電圧Voは、トランジスタTR1やトランジスタTR2のソース・ドレイン間に流れる電流の大きさにも依存しない。つまり、出力電圧Voは、トランジスタTR2のゲート端子109に加えられているバイアス電圧Vbの大きさに依存しない。また、トランジスタTR2の電流特性(移動度やしきい値電圧など)やトランジスタサイズ(ゲート長L、ゲート幅W)にも依存しない。
Further, the output voltage Vo does not depend on the magnitude of the current flowing between the source and the drain of the transistor TR1 or the transistor TR2. That is, the output voltage Vo does not depend on the magnitude of the bias voltage Vb applied to the
このように、通常動作では、トランジスタTR1のゲート端子には、入力電圧Viがそのまま加わるのではなく、容量素子104に保存されている電圧が上乗せされて、加えられる。容量素子104に保存されている電圧の大きさは、状況に応じた大きさになる。つまり、トランジスタTR1やトランジスタTR2の電流特性やトランジスタサイズなどがばらついても、それに応じて、容量素子104に保存されている電圧の大きさが変わる。そのため、結果として、トランジスタTR1やトランジスタTR2のバラツキの影響を低減することが可能となる。
As described above, in the normal operation, the input voltage Vi is not applied to the gate terminal of the transistor TR1 as it is, but is added with the voltage stored in the
なお、図18では、トランジスタTR1やトランジスタTR2がnチャネル型の場合について示した。しかし、pチャネル型の場合にも、本発明を容易に適用できる。図13に、トランジスタTR1やトランジスタTR2がpチャネル型の場合のソースフォロワ回路について示す。トランジスタTR1は、電流を増幅させる機能を有している。トランジスタTR2は、通常は、電流源として動作し、ソースフォロワ回路に対するバイアスを決定している。104は容量素子であり、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧を保持する機能を有する。なお、動作や構成に関しては、nチャネル型の場合と同様なので、詳しい説明を省略する。
Note that FIG. 18 illustrates the case where the transistors TR1 and TR2 are n-channel transistors. However, the present invention can be easily applied to a p-channel type. FIG. 13 illustrates a source follower circuit in the case where the transistors TR1 and TR2 are p-channel transistors. The transistor TR1 has a function of amplifying the current. Transistor TR2 normally operates as a current source and determines the bias for the source follower circuit.
なお、図18や図13では、電流源として動作し、ソースフォロワ回路に対するバイアスを決定しているトランジスタTR2が配置されていた。しかし、トランジスタTR2が配置されていなくてもよい。これは、トランジスタTR2の電流値が0である場合に相当する。 In FIG. 18 and FIG. 13, the transistor TR2 that operates as a current source and determines the bias for the source follower circuit is provided. However, the transistor TR2 may not be provided. This corresponds to a case where the current value of the transistor TR2 is 0.
図18のソースフォロワ回路に対して、トランジスタTR2を配置していない場合の回路図を図7に示す。スイッチ701が、端子106と低電位側電源(Vss)との間に接続されている。スイッチ701により、補正動作の時に、トランジスタTR1をオン状態にすることが出来る。したがって、補正動作の時に、トランジスタTR1をオン状態にすることが出来るのなら、スイッチ701を別の場所に接続してもよいし、スイッチ701自体を配置しなくてもよい。
FIG. 7 shows a circuit diagram in the case where the transistor TR2 is not provided for the source follower circuit of FIG. A
次に、図7に示すトランジスタTR2を配置していない場合の回路の動作について、説明する。 Next, an operation of the circuit in the case where the transistor TR2 illustrated in FIG. 7 is not provided will be described.
まず、補正動作を行う。補正動作は、大きく2つの段階に分けられる。第1段階では、トランジスタTR1がオン状態になるようにする。その後、第2段階では、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧に概ね等しい電圧になるようにする。 First, a correction operation is performed. The correction operation is roughly divided into two stages. In the first stage, the transistor TR1 is turned on. Thereafter, in the second stage, the gate-source voltage of the transistor TR1 is set to a voltage substantially equal to the threshold voltage of the transistor TR1.
図18の回路の場合は、補正動作を2つの段階に分ける必要がなかった。しかし、図7の回路の場合、補正動作における各段階によって、回路の接続状況などを変更する必要がある。 In the case of the circuit of FIG. 18, it was not necessary to divide the correction operation into two stages. However, in the case of the circuit in FIG. 7, it is necessary to change the connection state of the circuit and the like depending on each stage in the correction operation.
補正動作の第1段階では、スイッチ101、103、701をオンにして、スイッチ102、105をオフにすることにより、トランジスタTR1がオン状態になるようにしている。よって、この時のトランジスタTR1のゲート・ソース間電圧は、トランジスタTR1のしきい値電圧よりも大きい。
In the first stage of the correction operation, the switches TR101, TR103, and 701 are turned on and the
なお、この段階では、トランジスタTR1がオン状態になればよいだけなので、この方法に限定されない。例えば、スイッチ701を除去し、端子106と低電位側電源(Vss)が接続されないような状況にして、スイッチ102もオンになるようにし、基準電圧Vxと入力電圧Viの値を調節すれば、トランジスタTR1をオン状態にすることができる。
Note that, at this stage, it is only necessary that the transistor TR1 be turned on, and therefore, the method is not limited to this method. For example, if the
次に、補正動作の第2段階では、スイッチ101、103をオンにして、スイッチ102、105、701をオフにする。これにより、トランジスタTR1のソース端子は、容量素子104にのみ、接続されるようになる。すると、トランジスタTR1がオン状態なら、トランジスタTR1のソース・ドレイン間に電流が流れる。その電流は、容量素子104の方へ流れる。その結果、容量素子104に保存されている電荷が放電されていく。これは、トランジスタTR1がオフするまで、つまり、トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧に等しくなるまで続く。トランジスタTR1のゲート・ソース間電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧に等しくなると、トランジスタTR1や容量素子104には、電流がほとんど流れなくなる。
Next, in the second stage of the correction operation, the
なお、すでに、電流が流れない状態になっており、端子106と端子107の間には電流が流れていないため、スイッチ101、103をオフにしても、問題ない。その結果、容量素子104の電荷は保持され、容量素子104の両端の電圧は、電荷保存の法則により、変化しなくなる。
Note that since no current has already flowed and no current has flowed between the
以上の動作により、補正動作が終了する。この補正動作により、容量素子104に、トランジスタTR1のしきい値電圧が保持されることになる。
With the above operation, the correction operation ends. With this correction operation, the threshold voltage of the transistor TR1 is held in the
なお、容量素子104の電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧に等しくなるまで、動作を続けているが、必ずしも、その必要はない。容量素子104の電圧が、トランジスタTR1のしきい値電圧に、概ね等しくなればよい。
Note that the operation is continued until the voltage of the
そして次に、通常動作を行う。スイッチ102、105をオンにして、スイッチ101、103、701をオフにする。端子108には、入力電圧Viが加えられている。よって、トランジスタTR1のゲート端子には、入力電圧Viに、容量素子104の電圧、つまり、トランジスタTR1のしきい値電圧が上乗せされた電圧が加えられることになる。そして、定常状態になると、トランジスタTR1のソース・ドレイン間に電流がほとんど流れなくなる。その時のトランジスタTR1のゲート・ソース間電圧は、トランジスタTR1のしきい値電圧に概ね等しい。
Then, the normal operation is performed. The
したがって、端子106の電位は、トランジスタTR1のゲート端子の電位よりも、トランジスタTR1のしきい値電圧だけ、低い電位になる。そして、トランジスタTR1のゲート端子の電位は、入力電圧Viより、容量素子104の電圧、つまり、トランジスタTR1のしきい値電圧だけ、高い電位になる。以上のことから、端子106の電位は、入力電圧Viと等しくなる。つまり、出力電圧Voは、入力電圧Viと等しくなる。
Therefore, the potential of the terminal 106 is lower than the potential of the gate terminal of the transistor TR1 by the threshold voltage of the transistor TR1. Then, the potential of the gate terminal of the transistor TR1 becomes higher than the input voltage Vi by the voltage of the
なお、図7では、電流源として動作するトランジスタTR2を配置していなかった。しかし、図7の回路において、トランジスタTR2を配置してもよい。その時の回路図を図15に示す。動作に関しては、補正動作に関しては同様であり、容量素子104には、しきい値電圧が保持される。ただし、通常動作を行う場合は、トランジスタTR2が電流源として動作しなければならないので、図15におけるスイッチ701をオンにしておく必要がある。
In FIG. 7, the transistor TR2 that operates as a current source is not provided. However, the transistor TR2 may be provided in the circuit of FIG. The circuit diagram at that time is shown in FIG. The operation is the same as the correction operation, and the
なお、トランジスタTR2にも、容量素子を配置して、そこにトランジスタTR2のしきい値電圧を保存し、トランジスタTR2のバラツキを補正するようにしてもよい。 Note that a capacitance element may be arranged also in the transistor TR2, the threshold voltage of the transistor TR2 may be stored therein, and the variation of the transistor TR2 may be corrected.
このように、トランジスタTR2を配置していない場合の回路に対しても、同様に適用できる。よって、基準電圧Vxが任意なことや、トランジスタTR1の電流特性(移動度やしきい値電圧など)やトランジスタサイズ(ゲート長L、ゲート幅W)などがばらついても、その影響が出ないことなども同様である。また、図7では、トランジスタTR1がnチャネル型の場合について示したが、pチャネル型の場合にも、容易に適用できる。 As described above, the present invention can be similarly applied to a circuit in which the transistor TR2 is not provided. Therefore, even if the reference voltage Vx is arbitrary and the current characteristics (such as mobility and threshold voltage) and the transistor size (gate length L and gate width W) of the transistor TR1 vary, the influence is not exerted. And so on. Although FIG. 7 shows the case where the transistor TR1 is an n-channel type, the present invention can be easily applied to a case where the transistor TR1 is a p-channel type.
また、トランジスタTR1がnチャネル型の場合と、pチャネル型の場合とを組み合わせて、両方を増幅用トランジスタとして用いて、プッシュプル形式にしてもよい。その場合の回路図を図14に示す。pチャネル型のトランジスタTR1pは、低電位側電源(Vss)に接続されており、ゲート・ソース間には、容量素子104pが接続されている。nチャネル型のトランジスタTR1nは、高電位側電源(Vdd)に接続されており、ゲート・ソース間には、容量素子104nが接続されている。動作などについては、図7の場合などと同様であるため、説明を省略する。
In addition, a case where the transistor TR1 is an n-channel type and a case where the transistor TR1 is a p-channel type may be combined, and both may be used as amplification transistors to form a push-pull type. FIG. 14 shows a circuit diagram in that case. The p-channel transistor TR1p is connected to the low-potential-side power supply (Vss), and the
なお、図15のように、容量素子に、トランジスタのゲート・ソース間電圧を保持させるのではなく、トランジスタのしきい値電圧をさせることは、ソースフォロワ回路だけでなく、差動回路に対して適用してもよい。例えば、図1に適用する場合は、トランジスタTR11のソース端子とトランジスタTR21のドレイン端子の間と、トランジスタTR12のソース端子とトランジスタTR21のドレイン端子の間とに、各々スイッチを入れる必要がある。 In addition, as shown in FIG. 15, making the capacitance element not hold the gate-source voltage of the transistor, but make the threshold voltage of the transistor not only the source follower circuit but also the differential circuit May be applied. For example, when applied to FIG. 1, it is necessary to switch on between the source terminal of the transistor TR11 and the drain terminal of the transistor TR21 and between the source terminal of the transistor TR12 and the drain terminal of the transistor TR21.
また、本実施の形態では、ソースフォロワ回路に適用した場合について述べてきたが、ソースフォロワ回路と非常に構成が類似した回路として、カスコード回路があり、それにも、本発明を適用できる。カスコード回路がソースフォロワ回路と異なるのは、図21で考えると、トランジスタTR2のゲート端子4309が入力端子になっており、トランジスタTR1のゲート端子4308がバイアス電圧を加える端子になっており、トランジスタTR1のドレイン端子と高電位側電源(Vdd)との間に、抵抗素子などの負荷が配置され、前記負荷とトランジスタTR1のドレイン端子の間の接点が、出力端子になっている、という点である。
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a source follower circuit is described. However, a cascode circuit is a circuit having a configuration very similar to that of the source follower circuit, and the present invention can be applied to such a cascode circuit. The reason that the cascode circuit is different from the source follower circuit in FIG. 21 is that the
そこで、カスコード回路に、本発明を適用した場合の回路図を図16に示す。トランジスタTR1のドレイン端子と高電位側電源(Vdd)の間に、負荷1601が配置されている。なお、図16では、トランジスタTR1、トランジスタTR2がnチャネル型であるが、pチャネル型の場合にも適用できることは、もちろんである。なお、動作などは、ソースフォロワ回路と同様であるので、説明は省略する。
Thus, a circuit diagram in the case where the present invention is applied to a cascode circuit is shown in FIG. A
最後に、回路の消費電力を低減する方法について述べる。アナログ回路では、定常状態であっても、電流が流れ続ける場合が多い。例えば、ソースフォロワ回路では、通常、定常状態であっても、トランジスタTR1からトランジスタTR2へと、電流が流れ続ける。そのため、消費電力が大きい。そこで、定常状態の時に流れ続ける電流を遮断すれば、消費電力を低減することが可能となる。例として、図18の回路に対して、消費電力を低減するための工夫を施した回路を、図17に示す。図17では、高電位側電源(Vdd)と、トランジスタTR1のドレイン端子との間に、スイッチ1701を配置している。このスイッチを制御することにより、定常状態であっても、トランジスタTR1からトランジスタTR2へと、流れ続ける電流を遮断することが出来る。なお、スイッチ1701は、流れ続ける電流を遮断することが出来れば、どこに配置してもよい。また、スイッチ1701を配置せずに、流れ続ける電流を遮断してもよい。例えば、トランジスタTR2のゲート端子109の電圧Vbを調節することにより、トランジスタTR2に電流が流れないようにしてもよい。同様に、トランジスタTR1のゲート端子の電位を調節することにより、電流が流れないようにしてもよい。
Finally, a method for reducing power consumption of a circuit will be described. In an analog circuit, a current often continues to flow even in a steady state. For example, in a source follower circuit, usually, even in a steady state, current continues to flow from the transistor TR1 to the transistor TR2. Therefore, power consumption is large. Therefore, if the current that continues to flow in the steady state is cut off, power consumption can be reduced. As an example, FIG. 17 shows a circuit obtained by devising the circuit of FIG. 18 to reduce power consumption. In FIG. 17, a
なお、消費電力を低減するために、定常状態の時に流れ続ける電流を遮断することは、ソースフォロワ回路だけでなく、差動回路に適用してもよい。 In order to reduce the power consumption, the interruption of the current flowing in the steady state may be applied not only to the source follower circuit but also to a differential circuit.
なお、実施の形態1で説明した内容は、本実施の形態にも適用でき、本実施の形態で説明した内容は、実施の形態1にも適用できる。 The contents described in the first embodiment can be applied to the present embodiment, and the contents described in the present embodiment can also be applied to the first embodiment.
(実施の形態3)
前述した実施の形態1、2では、本発明を適用したソースフォロワ回路や差動回路について説明した。それらの回路をさらに組み合わせれば、様々な回路にも、適用できる。そこで、本実施の形態では、一例として、本発明を適用したオペアンプについて説明する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments described above, the source follower circuit and the differential circuit to which the present invention is applied have been described. If these circuits are further combined, it can be applied to various circuits. Therefore, in the present embodiment, an operational amplifier to which the present invention is applied will be described as an example.
なお、オペアンプの回路構成としては、さまざまなものがある。よって、オペアンプの回路構成は、本実施の形態に限定されない。本発明は、さまざまな構成のオペアンプに適用できる。 There are various operational amplifier circuit configurations. Therefore, the circuit configuration of the operational amplifier is not limited to this embodiment. The present invention can be applied to operational amplifiers having various configurations.
まず、もっとも簡単な構成の場合として、差動増幅回路にソースフォロワ回路を組み合わせた構成によるオペアンプについて述べる。図29に示すように、差動回路として図1の回路を用い、差動回路の負荷として、能動回路を用い、ソースフォロワ回路として図18の回路を用いている。点線で囲った領域2910がソースフォロワ回路に相当する。プラス側入力端子2901とマイナス側入力端子2902から信号を入力し、出力端子2903から信号を取り出す。バイアス端子2904に加える電圧を調節して、バイアスとして流す電流の大きさを制御する。端子2905〜2909までの端子に入力する信号のタイミングを制御することにより、各部分の補正動作と通常動作とを切り替える。なお、端子2905〜2909などへの接続を変更することにより、同時に複数の回路部分において、補正動作を行ったりすることが可能である。
First, as the simplest configuration, an operational amplifier having a configuration in which a source amplifier circuit is combined with a differential amplifier circuit will be described. As shown in FIG. 29, the circuit of FIG. 1 is used as a differential circuit, an active circuit is used as a load of the differential circuit, and the circuit of FIG. 18 is used as a source follower circuit. An
次に、出力段のバッファとして、プッシュプル形式にした場合のオペアンプを図30に示す。プッシュプル形式のソースフォロワ回路として、図14の回路を用いている。点線で囲った領域3011がプッシュプル形式のソースフォロワ回路に相当する。図30では、プラス側入力端子3001とマイナス側入力端子3002から信号を入力し、出力端子3003から信号を取り出す。バイアス端子3004に加える電圧を調節して、バイアスとして流す電流の大きさを制御する。端子3005〜3010までの端子に入力する信号のタイミングを制御することにより、各部分の補正動作と通常動作とを切り替える。なお、端子3005〜3010などへの接続を変更することにより、同時に複数の回路部分において、補正動作を行ったりすることが可能である。
Next, FIG. 30 shows an operational amplifier in the case of a push-pull format as a buffer in the output stage. The circuit in FIG. 14 is used as a push-pull source follower circuit. An
次に、増幅段を2段にした場合のオペアンプを図31に示す。2段目の増幅段として、ソース接地増幅回路を用いている。点線で囲った領域3111がソース接地増幅回路に相当する。図31では、プラス側入力端子3101とマイナス側入力端子3102から信号を入力し、出力端子3103から信号を取り出す。バイアス端子3104に加える電圧を調節して、バイアスとして流す電流の大きさを制御する。端子3105〜3109までの端子に入力する信号のタイミングを制御することにより、各部分の補正動作と通常動作とを切り替える。なお、端子3105〜3109などへの接続を変更することにより、同時に複数の回路部分において、補正動作を行ったりすることが可能である。
Next, FIG. 31 shows an operational amplifier in a case where the number of amplification stages is two. As the second amplification stage, a common-source amplification circuit is used. A
容量素子3110は、位相補償を行うために、設けられており、別の場所に配置してもよいし、容量素子3110と直列に抵抗も配置してもよい。また、2段目の増幅段の先に、さらに、ソースフォロワ回路を配置してもよい。
The
ここで、ソース接地増幅回路について、簡単に述べる。図32に、本発明を適用したソース接地増幅回路を示す。 Here, the common source amplifier circuit will be briefly described. FIG. 32 shows a common-source amplifier circuit to which the present invention is applied.
なお、従来のソース接地増幅回路では、バイアス電流を供給するためのトランジスタTR4のドレイン端子と、増幅用のトランジスタTR3のドレイン端子とが接続され、そこが出力端子となっている。トランジスタTR3もトランジスタTR4もソース端子が接地されており、その結果、互いのトランジスタ極性は逆になる。トランジスタTR4のゲート端子に、バイアス用電圧が加えられて、トランジスタTR3のゲート端子には、入力電圧が加えられる。 In the conventional source-grounded amplifier circuit, the drain terminal of the transistor TR4 for supplying a bias current and the drain terminal of the transistor TR3 for amplification are connected to each other and serve as an output terminal. The source terminals of both the transistor TR3 and the transistor TR4 are grounded, and as a result, the transistor polarities are reversed. A bias voltage is applied to the gate terminal of the transistor TR4, and an input voltage is applied to the gate terminal of the transistor TR3.
それに対し、図32のソース接地増幅回路では、スイッチ3201〜3203、3205と、容量素子3204が追加されている。なお、出力端子3210の入力インピーダンスが高い場合は、スイッチ3205を省略し、トランジスタTR3のドレインと出力端子3210を直接接続することが可能である。
On the other hand, in the common-source amplifier circuit of FIG. 32,
次に、図32のソース接地増幅回路の動作について、図33、図34を用いて説明する。まず、補正動作を行う。図33に示すように、スイッチ3203、3202をオンにして、スイッチ3201、3205をオフにする。すると、容量素子3204に、トランジスタTR3のゲート・ソース間電圧Vaが保存される。
Next, the operation of the common-source amplifier circuit of FIG. 32 will be described with reference to FIGS. First, a correction operation is performed. As shown in FIG. 33, the
その後、通常動作を行う。図34に示すように、スイッチ3201、3205をオンにして、スイッチ3202、3203をオフにする。そして、入力端子3208から入力電圧Viを加える。すると、容量素子3204に保存した電圧Vaが、入力電圧Viに上乗せされて、トランジスタTR3のゲート端子に加えられる。容量素子3204に保存した電圧Vaは、トランジスタTR3の電流特性に応じた大きさとなる。したがって、トランジスタTR3がばらついても、その影響を低減することが可能となる。
Thereafter, normal operation is performed. As shown in FIG. 34, the
なお、補正動作は、少なくとも1回行えばよい、という点は、ソースフォロワ回路などの場合と同様である。 It should be noted that the correction operation only needs to be performed at least once, which is similar to the case of the source follower circuit or the like.
また、図7などのように、容量素子3204に保存される電圧が、トランジスタのしきい値電圧になるようにしてもよい。
Further, as illustrated in FIG. 7, the voltage stored in the
また、このソース接地増幅回路が、オペアンプの回路の一部として構成される場合は、オペアンプの位相補償を行うための容量や抵抗が、ソース接地増幅回路に配置されることがある。例として、図35には、入力端子3208とトランジスタTR3のドレイン端子との間に、容量素子3501を配置した場合の回路図を示す。なお、オペアンプの位相補償を行うことが出来るのであれば、どこに、どのような素子を配置してもよい。
When the common-source amplifier circuit is configured as a part of the operational amplifier circuit, a capacitance and a resistor for performing the phase compensation of the operational amplifier may be arranged in the common-source amplifier circuit. As an example, FIG. 35 shows a circuit diagram in the case where a
なお、実施の形態1、2で説明した内容は、本実施の形態にも適用できる。 The contents described in the first and second embodiments can be applied to the present embodiment.
例えば、補正動作を、いつ、どれくらいの頻度で行うかは、本実施の形態でも同様である。 For example, when and how often the correction operation is performed is the same in the present embodiment.
また、基準電圧の大きさは任意であるので、基準電圧を与えている端子は、別の配線や接点や端子に接続してもよい。 In addition, since the magnitude of the reference voltage is arbitrary, the terminal providing the reference voltage may be connected to another wiring, a contact, or a terminal.
また、容量素子に、トランジスタのゲート・ソース間電圧を保持させるのではなく、トランジスタのしきい値電圧をさせるようにしてもよい。 Further, instead of causing the capacitor to hold the gate-source voltage of the transistor, the threshold voltage of the transistor may be set.
また、消費電力を低減するために、定常状態の時に流れ続ける電流を遮断することについても、本実施の形態にも適用できる。 Further, in order to reduce power consumption, it is also possible to apply to the present embodiment to cut off a current that continuously flows in a steady state.
また、本実施の形態では、主に、トランジスタがnチャネル型の場合について述べてきた。しかし、pチャネル型にした場合にも、容易に適用できる。 In this embodiment, the case where the transistor is an n-channel transistor has been mainly described. However, the present invention can be easily applied to a p-channel type.
なお、本実施の形態では、オペアンプに適用した場合について述べてきた。しかし、OTA(Operational Transconductance Amplifier)、センスアンプ、コンパレータなどの回路に適用することも可能である。また、トランジスタの接続をカスケード接続にした場合なども、本発明を適用できる。 In this embodiment, the case where the present invention is applied to an operational amplifier has been described. However, the present invention can be applied to circuits such as an OTA (Operational Transconductance Amplifier), a sense amplifier, and a comparator. Further, the present invention can be applied to a case where the transistors are connected in cascade.
なお本実施の形態は、実施の形態1、2と任意に組み合わせることが可能である。
This embodiment can be arbitrarily combined with
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明を適用した電気回路において、時間を節約する方法について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, a method for saving time in an electric circuit to which the present invention is applied will be described.
これまで述べてきた通り、本発明の回路では、動作状態として、補正動作と通常動作とがある。補正動作は、頻繁に行う必要はないが、通常動作を行う前には、少なくとも1回行う必要がある。 As described above, in the circuit of the present invention, the operation state includes the correction operation and the normal operation. The correction operation does not need to be performed frequently, but needs to be performed at least once before performing the normal operation.
そこで、1組の入力端子と出力端子の間に、1個の回路(例えば、1つのソースフォロワ回路)がある場合、補正動作を行うタイミングには、以下のようなものがある。 Therefore, when there is one circuit (for example, one source follower circuit) between one set of input terminal and output terminal, the timing for performing the correction operation is as follows.
1つ目としては、通常動作を行うまえに、必ず、補正動作を行う、というものである。例えば、ある期間、信号を入出力する場合に、その期間を2つに分け、前半の期間に補正動作を行い、後半の期間に通常動作を行う。 First, a correction operation is always performed before a normal operation is performed. For example, when a signal is input / output for a certain period, the period is divided into two, a correction operation is performed in a first half period, and a normal operation is performed in a second half period.
2つ目としては、信号の入出力を行っていない期間において、補正動作を行い、その後、通常動作を何回も行う、というものである。 Second, a correction operation is performed during a period when no signal is input / output, and then a normal operation is performed many times.
その他のタイミング例として、補正動作を行いながら、同時に通常動作を行う、ということが考えられる。その場合、1組(1対)の入力端子と出力端子の間に、1個の回路のみを配置する構成では、補正動作と通常動作とを同時に行うことが出来ない。。そこで、1組の入力端子と出力端子の間に、例えば、2個以上の回路を並列に配置する。すると、各々の回路での動作を制御することにより、補正動作を行いながら、同時に通常動作を行うことが出来る。 As another timing example, it is conceivable that the normal operation is performed at the same time as the correction operation is performed. In that case, in a configuration in which only one circuit is arranged between one set (one pair) of input terminals and output terminals, the correction operation and the normal operation cannot be performed simultaneously. . Therefore, for example, two or more circuits are arranged in parallel between a pair of input terminals and output terminals. Then, by controlling the operation of each circuit, the normal operation can be performed simultaneously while performing the correction operation.
図8には、1組の入力端子と出力端子の間に、2個のソースフォロワ回路を並列に配置した場合の例を示す。入力端子3601と出力端子3602の間に、回路3603が配置されている。回路3603には、ソースフォロワ回路3604、3605が配置されている。そして、一方のソースフォロワ回路において通常動作を行って、出力端子3602に信号を出力し、同時に、他方のソースフォロワ回路において補正動作を行う。どちらのソースフォロワ回路で、どちらの動作を行うかは、端子3606から入力する信号を用いて、切り替える。図8では、端子3606がH信号の場合、ソースフォロワ回路3604において補正動作を行い、端子3606がL信号の場合、ソースフォロワ回路3605において補正動作を行う。
FIG. 8 shows an example in which two source follower circuits are arranged in parallel between a pair of input terminals and output terminals. A
このようにすることにより、補正動作を行いながら、通常動作を行うことが可能となる。その結果、同時に2つのことができ、動作に無駄がなく、無駄な時間が必要なくなり、各動作を行う時間を、長くとることができる。よって、補正動作において、定常状態になるまで動作を行うことができるので、補正が正確に行えるようになる。 This makes it possible to perform the normal operation while performing the correction operation. As a result, two operations can be performed at the same time, there is no waste in the operation, no wasted time is required, and the time for performing each operation can be increased. Therefore, in the correction operation, the operation can be performed until the steady state is reached, so that the correction can be performed accurately.
なお、補正動作を行うタイミングとしては、上記のものに限定されない。 Note that the timing for performing the correction operation is not limited to the above.
図8では、ソースフォロワ回路を用いた例を示したが、1組の入力端子と出力端子の間に、2個以上の回路を配置することは、差動回路やオペアンプなどの別の回路にも、適用することができる。 FIG. 8 shows an example in which a source follower circuit is used. However, arranging two or more circuits between a pair of input terminals and an output terminal can be applied to another circuit such as a differential circuit or an operational amplifier. Can also be applied.
なお本実施の形態は、実施の形態1〜3と任意に組み合わせることが可能である。
Note that this embodiment can be arbitrarily combined with
(実施の形態5)
本実施の形態では、表示装置、および、信号線駆動回路などの構成とその動作について、説明する。信号線駆動回路の一部に、本発明の回路を適用することができる。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a structure and operation of a display device, a signal line driver circuit, and the like are described. The circuit of the present invention can be applied to part of a signal line driver circuit.
表示装置は、図9に示すように、画素3701、ゲート線駆動回路3702、信号線駆動回路3710を有している。ゲート線駆動回路3702は、画素3701に選択信号を順次出力する。信号線駆動回路3710は、画素3701にビデオ信号を順次出力する。画素3701では、ビデオ信号に従って、光の状態を制御することにより、画像を表示する。信号線駆動回路3710から画素3701へ入力するビデオ信号は、電圧であることが多い。つまり、画素に配置された表示素子や表示素子を制御する素子は、信号線駆動回路3710から入力されるビデオ信号(電圧)によって、状態を変化させるものであることが多い。画素に配置する表示素子の例としては、液晶(LCD)や有機ELやFED(フィールドエミッションディスプレイ)などがあげられる。
As illustrated in FIG. 9, the display device includes a
なお、ゲート線駆動回路3702や信号線駆動回路3710は、複数配置されていてもよい。
Note that a plurality of gate
信号線駆動回路3710は、構成を複数の部分に分けられる。大まかには、一例として、シフトレジスタ3703、第1ラッチ回路3704、第2ラッチ回路3705、デジタル・アナログ変換回路3706、バッファ回路(増幅回路)3707に分けられる。
The structure of the signal
そこで、信号線駆動回路3710の動作を簡単に説明する。シフトレジスタ3703は、フリップフロップ回路(FF)等を複数列用いて構成され、クロック信号(S-CLK)、スタートパルス(SP)、クロック反転信号(S-CLKb)が入力される、これらの信号のタイミングに従って、順次サンプリングパルスが出力される。
Therefore, the operation of the signal
シフトレジスタ3703より出力されたサンプリングパルスは、第1ラッチ回路3704に入力される。第1ラッチ回路3704には、ビデオ信号線3708より、ビデオ信号が入力されており、サンプリングパルスが入力されるタイミングに従って、各列でビデオ信号を保持していく。なお、デジタル・アナログ変換回路3706を配置している場合は、ビデオ信号はデジタル値である。
The sampling pulse output from the
第1ラッチ回路3704において、最終列までビデオ信号の保持が完了すると、水平帰線期間中に、ラッチ制御線3709よりラッチパルス(Latch Pulse)が入力され、第1ラッチ回路3704に保持されていたビデオ信号は、一斉に第2ラッチ回路3705に転送される。その後、第2ラッチ回路3705に保持されたビデオ信号は、1行分が同時に、デジタル・アナログ変換回路3706へと入力される。そして、デジタル・アナログ変換回路3706から出力される信号は、バッファ回路(増幅回路)3707へ入力される。そして、バッファ回路(増幅回路)3707から画素3701へ信号が入力される。
In the
第2ラッチ回路3705に保持されたビデオ信号がデジタル・アナログ変換回路3706に入力され、そして、画素3701に入力されている間、シフトレジスタ3703においては再びサンプリングパルスが出力される。つまり、同時に2つの動作が行われる。これにより、線順次駆動が可能となる。以後、この動作を繰り返す。
While the video signal held in the
以上のような動作を行う信号線駆動回路3710において、バッファ回路(増幅回路)3707に、本発明を適用できる。バッファ回路(増幅回路)3707は、画素3701に多くの電流を供給する能力を有している。つまり、バッファ回路(増幅回路)3707は、インピーダンスを変換する機能を有している。このバッファ回路(増幅回路)3707に、ソースフォロワ回路や差動増幅回路やオペアンプなどを用いることができる。差動増幅回路やオペアンプを用いる場合、出力端子をマイナス側入力端子に接続し、信号を帰還させることなどによって、電圧フォロワ回路などとして機能させることができる。
In the signal
また、図8のように、ソースフォロワ回路や差動増幅回路やオペアンプなどを複数配置して、補正動作や通常動作を同時に行えるようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 8, a plurality of source follower circuits, differential amplifier circuits, operational amplifiers, and the like may be arranged so that the correction operation and the normal operation can be performed simultaneously.
なお、第1ラッチ回路3704や第2ラッチ回路3705が、アナログ値を保存できる回路である場合は、デジタル・アナログ変換回路3706は省略できる場合が多い。また、画素3701に出力するデータが2値、つまり、デジタル値である場合は、デジタル・アナログ変換回路3706は省略できる場合が多い。また、デジタル・アナログ変換回路3706には、ガンマ補正回路が内蔵されている場合もある。このように、信号線駆動回路3710の構成は、図9に限定されず、様々なものがある。
When the
そこで、第1ラッチ回路3704や第2ラッチ回路3705が、アナログ値を保存できる回路である場合の信号線駆動回路3710を図10に示す。ビデオ信号線3708より、アナログ値のビデオ信号が入力される。第1ラッチ回路3704と第2ラッチ回路3705の1列分3801の例を、図11に示す。前記1列分3801には、1列分の第1ラッチ回路3704と1列分の第2ラッチ回路3705とを有する。1列分の第1ラッチ回路3704は、容量素子3901とバッファ回路(増幅回路)3902を有している。1列分の第2ラッチ回路3705は、容量素子3903とバッファ回路(増幅回路)3904を有している。
Therefore, FIG. 10 illustrates a signal
第1ラッチ回路3704と第2ラッチ回路3705の1列分3801は、以下のように動作する。まず、ビデオ信号線3708から、アナログのビデオ信号が容量素子3901に入力され、そこで保存される。そして、ラッチ制御線3709の信号により、容量素子3901に保存されているデータが容量素子3903に転送される。このとき、バッファ回路(増幅回路)3902は、インピーダンスを変換している。よって、容量素子3901、3902の大きさを調節すれば、バッファ回路(増幅回路)3902を省くことが可能となる。そして、容量素子3903に保存された信号をバッファ回路(増幅回路)3904を通って、画素へ出力する。
One
このバッファ回路(増幅回路)3902、3904を、ソースフォロワ回路や差動増幅回路やオペアンプなどを用いることができる。例として、バッファ回路(増幅回路)としてソースフォロワ回路を用いた場合の回路図を図12に示す。また、図8のように、バッファ回路(増幅回路)を複数配置して、補正動作や通常動作を同時に行えるようにしてもよい。 As the buffer circuits (amplifier circuits) 3902 and 3904, a source follower circuit, a differential amplifier circuit, an operational amplifier, or the like can be used. As an example, FIG. 12 shows a circuit diagram in the case where a source follower circuit is used as a buffer circuit (amplifier circuit). Further, as shown in FIG. 8, a plurality of buffer circuits (amplifier circuits) may be arranged so that the correction operation and the normal operation can be performed simultaneously.
なお、本実施の形態は、実施の形態1〜実施の形態4と任意に組み合わせることが可能である。
This embodiment can be arbitrarily combined with
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明を用いた電気回路のレイアウト図について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment mode, a layout diagram of an electric circuit using the present invention will be described.
本実施の形態では、例として、本発明を適用したソースフォロワ回路のレイアウト図について述べる。図19に、図18のソースフォロワ回路の回路図を、レイアウト図と類似させて記述した場合の回路図を示す。 In this embodiment, a layout diagram of a source follower circuit to which the present invention is applied will be described as an example. FIG. 19 shows a circuit diagram when the circuit diagram of the source follower circuit of FIG. 18 is described in a manner similar to the layout diagram.
図19では、容量素子104は、MOS容量として形成している。つまり、MOS容量をトランジスタとして考えたときに、ソース端子とドレイン端子を接続して、その接点を容量の一方の端子とし、ゲート端子を容量の他方の端子とする。このようにMOS容量を用いて容量素子を形成すると、容量値を大きくすることができる。なお、この場合、容量素子104をトランジスタだと考えた場合の極性は、トランジスタTR1と同じ極性にすることが望ましい。なぜなら、この場合のMOS容量は、トランジスタだと考えた場合、そのトランジスタがオンしている状態にしておく必要がある。もし、そのトランジスタがオフしている状態になると、MOS容量の容量値は0になる。そのため、容量素子104オンしている状態にするには、トランジスタTR1と同じ極性にすることが望まれる。
In FIG. 19, the
図20には、図19のソースフォロワ回路のレイアウト図を示す。多結晶シリコンなどによる半導体層4201の上の層にゲート絶縁膜の層があり、その上の層にゲート配線(第1配線)4202がある部分がトランジスタである。ゲート配線(第1配線)4202の上の層には、層間絶縁膜があり、その上には第2配線4204がある。第2配線4204と半導体層4201や、第2配線4204とゲート配線(第1配線)4202は、コンタクト4203を開口することにより、接続している。
FIG. 20 shows a layout diagram of the source follower circuit of FIG. A transistor has a gate insulating film layer over the
図20のようなレイアウト図を使って、公知の技術を用いれば、本発明の電気回路を実現することが出来る。 If a known technique is used using a layout diagram as shown in FIG. 20, the electric circuit of the present invention can be realized.
なお、トランジスタTR1とトランジスタTR2は、通常、飽和領域で動作することが多い。理想的なトランジスタは、飽和領域では、ソース・ドレイン間の電圧が変化しても、ソース・ドレイン間に流れる電流量は、変化しない。しかし、実際には、キンク効果やアーリー効果などと呼ばれる現象により、飽和領域においても、トランジスタのソース・ドレイン間に流れる電流量が変化してしまう。そのため、電流値が変化してしまい、誤差が生じてしまう。そこで、キンク効果やアーリー効果などを低減するため、図20では、トランジスタTR1とトランジスタTR2のゲート長Lを大きくしている。なお、キンク効果やアーリー効果などを低減するための方法は、直列にトランジスタを追加することなど、他にもあり、それを本願に適用することもできる。 Note that the transistor TR1 and the transistor TR2 usually operate in a saturation region in many cases. In an ideal transistor, the amount of current flowing between the source and the drain does not change in the saturation region even if the voltage between the source and the drain changes. However, actually, the amount of current flowing between the source and the drain of the transistor changes even in a saturation region due to a phenomenon called a kink effect or an Early effect. Therefore, the current value changes and an error occurs. Therefore, in order to reduce the kink effect, the Early effect, and the like, in FIG. 20, the gate length L of the transistor TR1 and the transistor TR2 is increased. Note that there are other methods for reducing the kink effect, the Early effect, and the like, such as adding a transistor in series, and the method can be applied to the present application.
また、理想的な動作を行う場合は、容量素子104の電圧は、補正動作のときと、通常動作のときとで、変化しない。しかし実際には、容量素子104がゲート端子に接続されているトランジスタ(ここでは、トランジスタTR1)の寄生容量(ゲート容量)により、加えた電圧が分圧されてしまう。その結果、容量素子104の電圧は、補正動作のときと、通常動作のときとで、わずかに変化してしまう。その結果、誤差が生じてしまう。その誤差を小さくするためには、容量素子104の容量値を、容量素子104がゲート端子に接続されているトランジスタの寄生容量(ゲート容量)よりも、十分大きくしておく必要がある。具体的には、少なくとも、容量素子104の容量値を、容量素子104がゲート端子に接続されているトランジスタの寄生容量(ゲート容量)の5倍以上にすることが望まれる。
In the case of performing an ideal operation, the voltage of the
なお、本実例は、実施の形態1〜実施の形態5と任意に組み合わせることが可能である。
Note that this example can be arbitrarily combined with
(実施の形態7)
本発明を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図36に示す。
(Embodiment 7)
Examples of the electronic device using the present invention include a video camera, a digital camera, a goggle-type display (head-mounted display), a navigation system, a sound reproducing device (such as a car audio and an audio component), a notebook personal computer, a game device, and a portable information terminal. (A mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, an electronic book, or the like), and an image reproducing apparatus provided with a recording medium (specifically, a recording medium such as a Digital Versatile Disc (DVD) can be reproduced and its image can be displayed. Display device). FIG. 36 shows specific examples of these electronic devices.
図36(A)は表示装置であり、筐体13001、支持台13002、表示部13003、スピーカー部13004、ビデオ入力端子13005等を含む。本発明は表示部13003を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(A)に示す表示装置が完成される。表示部13003は、有機ELディスプレイや、液晶ディスプレイなどを用いることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
FIG. 36A illustrates a display device, which includes a housing 13001, a support 13002, a
図36(B)はデジタルスチルカメラであり、本体13101、表示部13102、受像部13103、操作キー13104、外部接続ポート13105、シャッター13106等を含む。本発明は、表示部13102を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(B)に示すデジタルスチルカメラが完成される。
FIG. 36B illustrates a digital still camera, which includes a
図36(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体13201、筐体13202、表示部13203、キーボード13204、外部接続ポート13205、ポインティングマウス13206等を含む。本発明は、表示部13203を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(C)に示す表示装置が完成される。
FIG. 36C illustrates a laptop personal computer, which includes a
図36(D)はモバイルコンピュータであり、本体13301、表示部13302、スイッチ13303、操作キー13304、赤外線ポート13305等を含む。本発明は、表示部13302を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(D)に示すモバイルコンピュータが完成される。
FIG. 36D shows a mobile computer, which includes a
図36(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体13401、筐体13402、表示部A13403、表示部B13404、記録媒体(DVD等)読み込み部13405、操作キー13406、スピーカー部13407等を含む。表示部A13403は主として画像情報を表示し、表示部B13404は主として文字情報を表示するが、本発明は、表示部A、B13403、13404を構成する電気回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。また本発明により、図36(E)に示すDVD再生装置が完成される。
FIG. 36E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) including a recording medium, which includes a
図36(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体13501、表示部13502、アーム部13503を含む。本発明は、表示部13502を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(F)に示すゴーグル型ディスプレイが完成される。
FIG. 36F illustrates a goggle-type display (head-mounted display), which includes a
図36(G)はビデオカメラであり、本体13601、表示部13602、筐体13603、外部接続ポート13604、リモコン受信部13605、受像部13606、バッテリー13607、音声入力部13608、操作キー13609等を含む。本発明は、表示部13602を構成する電気回路に用いることができる。また本発明により、図36(G)に示すビデオカメラが完成される。
FIG. 36G illustrates a video camera, which includes a main body 13601, a display portion 13602, a
図36(H)は携帯電話であり、本体13701、筐体13702、表示部13703、音声入力部13704、音声出力部13705、操作キー13706、外部接続ポート13707、アンテナ13708等を含む。本発明は、表示部13703を構成する電気回路に用いることができる。なお、表示部13703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。また本発明により、図36(H)に示す携帯電話が完成される。
FIG. 36H illustrates a mobile phone, which includes a
なお、将来的に表示材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。 If the emission luminance of the display material increases in the future, it becomes possible to enlarge and project the light including the output image information with a lens or the like and use it for a front-type or rear-type projector.
また、上記電子機器はインターネットやCATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。発光材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。 In addition, the electronic devices often display information distributed through electronic communication lines such as the Internet and CATV (cable television), and in particular, opportunities to display moving image information are increasing. Since the response speed of the light-emitting material is extremely high, the light-emitting device is preferable for displaying moving images.
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。 Further, in the light emitting device, the light emitting portion consumes power. Therefore, it is desirable to display information so that the light emitting portion is reduced as much as possible. Therefore, when a light emitting device is used for a portable information terminal, particularly a display portion mainly for character information such as a mobile phone or a sound reproducing device, the character information is driven by a light emitting portion with a non-light emitting portion as a background. It is desirable to do.
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施の形態の電子機器は、実施の形態1〜実施の形態6に示したいずれの構成の電気回路、又は半導体装置を用いても良い。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be used for electronic devices in all fields. Further, the electronic device of this embodiment may use an electric circuit or a semiconductor device having any of the structures described in
Claims (7)
第2のトランジスタと第2の容量素子と第2のスイッチと第3の端子と第4の端子とを有するアナログ回路であって、
前記第1のトランジスタのゲート端子と前記第1の容量素子の一方の端子とが電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲート端子と前記第2の容量素子の一方の端子とが電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース端子と第2のトランジスタのソース端子とが電気的に接続され、
前記第1の端子と、前記第1の容量素子の一方の端子とは、前記第1のスイッチを介して電気的に接続され、
前記第3の端子と、前記第2の容量素子の一方の端子とは、前記第2のスイッチを介して電気的に接続され、
前記第1の容量素子の他方の端子と、前記第2の端子または前記第1のトランジスタのソース端子のいずれか一つの端子とが電気的に接続される手段を有し、
前記第2の容量素子の他方の端子と、前記第4の端子または前記第2のトランジスタのソース端子のいずれか一つの端子と電気的に接続される手段を有していることを特徴とするアナログ回路。 A first transistor, a first capacitor, a first switch, a first terminal, a second terminal, a second transistor, a second capacitor, a second switch, a third terminal, and a fourth terminal. An analog circuit having a terminal and
A gate terminal of the first transistor and one terminal of the first capacitor are electrically connected;
A gate terminal of the second transistor and one terminal of the second capacitor are electrically connected;
A source terminal of the first transistor and a source terminal of the second transistor are electrically connected;
The first terminal and one terminal of the first capacitor are electrically connected through the first switch,
The third terminal is electrically connected to one terminal of the second capacitor through the second switch.
A means for electrically connecting the other terminal of the first capacitor element and one of the second terminal and a source terminal of the first transistor;
A terminal electrically connected to the other terminal of the second capacitor and one of the fourth terminal and a source terminal of the second transistor. Analog circuit.
電流を供給する手段を有し、
前記第1のトランジスタのソース端子と、前記電流を供給する手段とが電気的に接続されていることを特徴とするアナログ回路。 In claim 1,
Means for supplying a current,
An analog circuit, wherein a source terminal of the first transistor and a means for supplying the current are electrically connected.
第1のトランジスタに流れる電流を遮断する手段と、
第2のトランジスタに流れる電流を遮断する手段とを有していることを特徴とするアナログ回路。 In claim 1 or claim 2,
Means for interrupting a current flowing through the first transistor;
Means for interrupting a current flowing through the second transistor.
前記第1の端子と前記第2の端子とが、電気的に接続され、
前記第3の端子と前記第4の端子とが、電気的に接続されていることを特徴とするアナログ回路。 In any one of claims 1 to 3,
The first terminal and the second terminal are electrically connected,
An analog circuit, wherein the third terminal and the fourth terminal are electrically connected.
差動増幅回路、オペアンプ及び信号線駆動回路のいずれか一つを構成することを特徴とするアナログ回路。 The analog circuit according to any one of claims 1 to 4,
An analog circuit comprising any one of a differential amplifier circuit, an operational amplifier, and a signal line driver circuit.
An electronic apparatus comprising the display device according to claim 6.
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