JP2005072974A - Low voltage amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はMOSトランジスタを用いた全差動増幅回路に関するものである。例えば、リニア増幅回路集積回路において好適に使用され、電池等の低電圧電源の使用が可能であり、また高速動作が可能な全差動増幅回路に関するものである。 The present invention relates to a fully differential amplifier circuit using MOS transistors. For example, the present invention relates to a fully differential amplifier circuit that is preferably used in a linear amplifier circuit integrated circuit, can use a low-voltage power source such as a battery, and can operate at high speed.
近年携帯用電子機器や家電機器等において、動作電源として電池の使用が一般的になってきている。また、これら電子機器に使用される半導体集積回路は、大容量化、高集積化のために使用されるトランジスタのサイズが微細化されてきている。これに伴い、印加電圧の一層の低電圧化が要求されてきている。従来、低電圧アナログ回路の電源電圧は、1.2〜1.8V程度で動作するように設計されてきたが、さらに低電圧化し、1V以下でも安定して動作する回路が要求されている。 In recent years, the use of a battery as an operating power source has become common in portable electronic devices, home appliances, and the like. In addition, in semiconductor integrated circuits used in these electronic devices, the size of transistors used for high capacity and high integration has been reduced. Along with this, a further reduction in the applied voltage has been demanded. Conventionally, the power supply voltage of the low-voltage analog circuit has been designed to operate at about 1.2 to 1.8 V, but there is a demand for a circuit that is further reduced in voltage and operates stably even at 1 V or less.
従来より、音声信号処理装置や光ディスク等の映像信号処理装置等に使用されるトランジスタ増幅回路として全差動増幅回路が使用されている。全差動増幅回路においては差動対を構成する2つのトランジスタの一方のトランジスタに供給される第1の入力信号と他方のトランジスタに供給される第2入力信号との差を増幅して出力する。MOSトランジスタを用いた従来の全差動増幅回路の例を図1(a)〜(c)に示す。例えば、Behzad Razavi 著Design of Analog CMOS Integrated Circuits McGRAW-HILL 190 頁 図6.29(a)、124頁4.32、134頁図4.45を参照。 Conventionally, a fully differential amplifier circuit is used as a transistor amplifier circuit used in an audio signal processing device, a video signal processing device such as an optical disk, and the like. In the fully differential amplifier circuit, the difference between the first input signal supplied to one transistor of the two transistors constituting the differential pair and the second input signal supplied to the other transistor is amplified and output. . Examples of a conventional fully-differential amplifier circuit using MOS transistors are shown in FIGS. For example, see Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits McGRAW-HILL page 190 Figure 6.29 (a), page 124 4.32, page 134 Figure 4.45.
図1(a)に示す全差動増幅回路は負荷としてトランジスタで構成された電流源を用いるものであり、図1(b)に示す全差動増幅回路は負荷としてトランジスタで構成されたダイオードを用いるものであり、図1(c)に示す全差動増幅回路は負荷としてトランジスタで構成された抵抗を用いるものである。 The fully differential amplifier circuit shown in FIG. 1A uses a current source composed of a transistor as a load, and the fully differential amplifier circuit shown in FIG. 1B uses a diode composed of a transistor as a load. The fully differential amplifier circuit shown in FIG. 1C uses a resistor composed of a transistor as a load.
(i)図1(a)に示す電流源負荷の全差動増幅回路について
この差動増幅回路はトランジスタで構成される負荷を電流源動作させる。このため、従来のかかる差動増幅回路においては、図2に示されるような通常のトランジスタの静特性における飽和領域(Veff以上の部分)が使われてきた。このように、トランジスタを飽和領域で使う場合は、Veffだけ非飽和領域が存在するため、出力電圧Voutの振幅はVDD−Veffまでしか使うことができない。従って、最大の信号振幅はVeffにより抑制されてしまう。1V程度の低電源を使用する通常の条件では、Veffは100〜300mV程度である。
(I) About the fully-differential amplifier circuit of the current source load shown in FIG. 1 (a) This differential amplifier circuit operates a load composed of transistors as a current source. For this reason, in such a conventional differential amplifier circuit, a saturation region (portion greater than V eff ) in the static characteristics of a normal transistor as shown in FIG. 2 has been used. As described above, when the transistor is used in the saturation region, there is a non-saturation region by V eff , and therefore, the amplitude of the output voltage V out can only be used up to VDD−V eff . Therefore, the maximum signal amplitude is suppressed by V eff . Under normal conditions using a low power supply of about 1 V, V eff is about 100 to 300 mV.
また、図1(a)に示す電流源負荷の全差動増幅回路においては、コモンモードのバイアスが不定になるという問題点がある。このため、例えば図3に示すように、出力電圧の動作点を決めるためにコモンモードフィードバック(CMFB:COMMON-MODE Feed Back)回路を追加した全差動増幅回路が開発された。しかし、このようなCMFB回路を付加すると、回路が複雑化するだけでなく、出力ノードVoutに余分な複数の素子が接続されるため、これら素子の寄生容量により信号帯域を劣化させてしまうという問題が生じている。 In addition, the current source load fully differential amplifier circuit shown in FIG. 1A has a problem that the common mode bias becomes unstable. For this reason, as shown in FIG. 3, for example, a fully differential amplifier circuit has been developed to which a common mode feedback (CMMON: COMMON-MODE Feed Back) circuit is added in order to determine the operating point of the output voltage. However, the addition of such a CMFB circuit not only complicates the circuit but also connects a plurality of extra elements to the output node Vout , so that the signal bandwidth is degraded by the parasitic capacitance of these elements. There is a problem.
(ii)図1(b)に示すダイオード負荷の全差動増幅回路について
図1(b)に示すようなダイオード負荷の全差動増幅回路においては、負荷がダイオード接続されているため、あまり大きな利得は期待できず、また、出力ノードVoutに対して負荷ダイオードとして使用されているMOSトランジスタのゲート容量が存在するため、信号帯域が劣化するという問題がある。また、ダイオードとして作用する負荷トランジスタのドレインソース間電圧VDSがしきい値VTの変動に依存するため、VT変動を考慮した設計マージンを持つ必要がある。
(Ii) About the fully differential amplifier circuit of the diode load shown in FIG. 1 (b) In the fully differential amplifier circuit of the diode load as shown in FIG. 1 (b), the load is diode-connected. There is a problem that a gain cannot be expected, and a signal band is deteriorated because a gate capacitance of a MOS transistor used as a load diode with respect to the output node Vout exists. Further, since the drain-source voltage V DS of the load transistor acting as a diode is dependent on the change in the threshold V T, it is required to have a design margin in consideration of V T variation.
(iii)図1(c)に示す抵抗負荷の全差動増幅回路について
図1(c)に示すような抵抗負荷を有する全差動増幅回路においては、抵抗負荷として使用されるMOSトランジスタのゲート電圧VPが、入力段トランジスタのゲートに入力される信号のコモンモードバイアスに異存するため、負荷抵抗が変動してしまうという問題がある。また、負荷トランジスタのドレイン−ソース間電圧VDSが電源電圧VDDの変動に依存するため、設計マージンを持つ必要がある。加えて、負荷トランジスタのドレイン−ソース間電圧VDSがさらにしきい値VTの変動に依存するため、同様に設計マージンを持つ必要がある。
(Iii) Resistive load fully differential amplifier circuit shown in FIG. 1 (c) In a fully differential amplifier circuit having a resistive load as shown in FIG. 1 (c), the gate of a MOS transistor used as a resistive load voltage V P, to objection to the common-mode bias signal input to the gate of the input stage transistor, there is a problem that the load resistor fluctuates. The drain of the load transistor - since the source voltage V DS is dependent on variations of the power supply voltage V DD, it is necessary to have a design margin. In addition, since the drain-source voltage V DS of the load transistor further depends on the variation of the threshold value V T , it is necessary to have a design margin as well.
また、低電圧アナログ回路においてMOSトランジスタに固有の特性に関連する問題点について、図1(a)に示すような電流源負荷を有する全差動増幅回路を例にとり説明する。図4に、この全差動増幅回路の構成と、それぞれの構成要素における印加電圧および信号領域との関係の概念を示す。図4において、A(Veff_load)は電流源負荷にかかる電圧であり、B(Signal)が信号増幅に係る電圧であり、C(Veff_inputおよびVeff_cc)は差動入力回路を動作させるのに必要な電圧である。即ち、Veff inputは入力段のトランジスタに係る電圧であり、Veff ccはカレントミラー回路の電流源に係る電圧である。 Further, problems relating to characteristics inherent to the MOS transistor in the low voltage analog circuit will be described by taking a fully differential amplifier circuit having a current source load as shown in FIG. 1A as an example. FIG. 4 shows the concept of the configuration of this fully differential amplifier circuit and the relationship between the applied voltage and the signal region in each component. In FIG. 4, A (Veff_load) is a voltage applied to the current source load, B (Signal) is a voltage related to signal amplification, and C (Veff_input and Veff_cc) is a voltage required to operate the differential input circuit. It is. That is, V eff input is a voltage related to the transistor in the input stage, and V eff cc is a voltage related to the current source of the current mirror circuit.
かかる電流源負荷の全差動増幅回路の電源を低電圧化した場合の概略の電圧配分を図5に示す。なおkpVeffは図4のA領域に相当し、knVeffは図4のC領域に相当する。実際の全差動増幅回路においては、必然的にノイズが発生するので、この部分をNoise領域として示している。 FIG. 5 shows a schematic voltage distribution when the voltage of the power source of the fully differential amplifier circuit of such a current source load is lowered. Note k p V eff corresponds to region A of FIG. 4, k n V eff corresponds to region C in FIG. In an actual fully-differential amplifier circuit, noise inevitably occurs, so this portion is shown as a Noise region.
MOSトランジスタで構成される負荷を電流源として動作させるため、かかる全差動増幅回路においては、図2に示されるような通常のトランジスタの静特性におけるいわゆる飽和領域が使われてきた。このように、MOSトランジスタを飽和領域で使う場合は、図2に示すようにVeff分だけ非飽和領域が存在するため、出力電圧Voutの振幅はVDD−Veffまでしか使うことができない。従って、最大の信号振幅はVeff(およびノイズ部分)により抑制されてしまう。 In order to operate a load composed of MOS transistors as a current source, a so-called saturation region in the static characteristics of a normal transistor as shown in FIG. 2 has been used in such a fully differential amplifier circuit. As described above, when the MOS transistor is used in the saturation region, there is a non-saturation region corresponding to V eff as shown in FIG. 2, and therefore the amplitude of the output voltage V out can only be used up to VDD−V eff . Therefore, the maximum signal amplitude is suppressed by V eff (and the noise part).
電源を低電圧化した場合においても、通常、kpVeff、Noise、およびknVeffは電源の低電圧化に応じて低下することがないため、図5に示すように、信号領域のみが減少する結果となる。このため、信号/ノイズ比(S/N比)は低下する。従って、全差動増幅回路の低電圧化のためには、回路設計的にVeffをより小さくなるようにする必要がある。
例えば1V以下等の低電圧で動作する全差動増幅回路においては、電源電圧例えば電池電圧の変動、環境温度や動作温度または製造条件等に基づくMOSトランジスタのしきい値の変動などに対して、安定した信号振幅を確保することが重要になる。本発明は、従来飽和領域で使用されてきたアクティブロードを線形領域で使うため、アクティブロードを形成するMOSトランジスタとバイアス回路を形成するMOSトランジスタの設計条件を定めることにより、電源電圧、しきい値の変動に対して安定した出力を得ることができる全差動増幅回路を形成することを目的とする。 For example, in a fully differential amplifier circuit that operates at a low voltage of 1 V or less, for example, variations in power supply voltage, such as battery voltage, variations in threshold voltage of MOS transistors based on environmental temperature, operating temperature, manufacturing conditions, etc. It is important to ensure a stable signal amplitude. In the present invention, since the active load that has been used in the saturation region is used in the linear region, the design conditions of the MOS transistor that forms the active load and the MOS transistor that forms the bias circuit are determined. An object of the present invention is to form a fully-differential amplifier circuit capable of obtaining a stable output with respect to fluctuations in the above.
本発明の全差動増幅回路の事例を図6に示す。図6の回路構成は、一対の負荷トランジスタと差動対トランジスタとそして差動対トランジスタに共通の第1の定電流源とが直列に接続された差動増幅部と、差動増幅部と並列接続され、ゲートとドレインが接続されたバイアストランジスタと第2の定電流源とが直列に接続されたバイアス回路とを有し、
一対の負荷トランジスタの各ゲートがバイアストランジスタのゲートに接続されており、第1の定電流源と第2の定電流源を流れる電流の比が2:nの電流比で動作する全差動増幅回路であって、
一対の負荷トランジスタ(各ゲート長:Ll、各ゲート幅:Wl)とバイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<nとした全差動増幅回路である。
An example of a fully differential amplifier circuit of the present invention is shown in FIG. The circuit configuration of FIG. 6 includes a differential amplification unit in which a pair of load transistors, a differential pair transistor, and a first constant current source common to the differential pair transistors are connected in series, and a parallel connection with the differential amplification unit. A bias circuit connected to each other and having a gate and a drain connected to each other and a second constant current source connected in series;
Fully differential amplification in which the gates of the pair of load transistors are connected to the gates of the bias transistors, and the ratio of the currents flowing through the first constant current source and the second constant current source is 2: n. A circuit,
The gate length and gate width of the pair of load transistors (each gate length: Ll, each gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr) are (1/2) (Wr / Lr) ( Ll / Wl) <n.
また本発明の事例として図8に示す全差動増幅回路は、一対の負荷トランジスタと差動対トランジスタとそして差動対トランジスタに共通の第1の定電流源とが直列に接続された差動増幅部と、
記差動増幅部と並列接続され、バイアストランジスタと第2の定電流源とが直列に接続されたバイアス回路と、
差動増幅部およびバイアス回路と並列接続され、第3の定電流源とリファレンストランジスタとが直列に接続されたリファレンス回路とを有し、
一対の負荷トランジスタの各ゲートがバイアストランジスタのゲートに接続されており、第1の定電流源と第2の定電流源を流れる電流の比が2:nの電流比で動作し、第1の定電流源、前記第2の定電流源、そして前記リファレンストランジスタがカレントミラー回路を形成する全差動増幅回路であって、
一対の負荷トランジスタ(各ゲート長:Ll、各ゲート幅:Wl)とバイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<nとした全差動増幅回路である。
Further, as an example of the present invention, the fully differential amplifier circuit shown in FIG. 8 includes a differential in which a pair of load transistors, a differential pair transistor, and a first constant current source common to the differential pair transistor are connected in series. An amplification unit;
A bias circuit that is connected in parallel to the differential amplifier, and in which a bias transistor and a second constant current source are connected in series;
A reference circuit that is connected in parallel with the differential amplifier and the bias circuit, and in which a third constant current source and a reference transistor are connected in series;
The gates of the pair of load transistors are connected to the gates of the bias transistors, and the current flowing through the first constant current source and the second constant current source operates at a current ratio of 2: n. A fully-differential amplifier circuit in which a constant current source, the second constant current source, and the reference transistor form a current mirror circuit;
The gate length and gate width of the pair of load transistors (each gate length: Ll, each gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr) are (1/2) (Wr / Lr) ( Ll / Wl) <n.
また本発明の事例として図11に示す全差動増幅回路は、第1および第2の定電流源からなる一対の定電流源と、これら定電流源のそれぞれの出力とそれぞれ接続された第1の差動対トランジスタと、そして第1の差動対トランジスタに共通の第3の定電流源とが直列に接続された第1段の差動増幅部と、
第1段の差動増幅部と並列接続され、第4および第5の定電流源からなる一対の定電流源と、これらの定電流源の出力対とそれぞれ接続された第2の差動対トランジスタと、そして一対の負荷トランジスタとが直列に接続された第2段の差動増幅部と、
ここで第1の定電流源の出力と第4の定電流源の出力とが接続されており、また第2の定電流源の出力と第5の定電流源の出力とが接続されており、
第1段および第2段の差動増幅部と並列接続され、第6の定電流源とゲートとドレインが接続されたバイアストランジスタとが直列に接続されたバイアス回路とを有し、
一対の負荷トランジスタの各ゲートがバイアストランジスタのゲートに接続されており、第2の差動対トランジスタをそれぞれ流れる電流と、第6の定電流源を流れる電流の比が、1:nの電流比で動作する全差動増幅回路であって、
負荷トランジスタ(ゲート長:Ll、ゲート幅:Wl)とバイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<nとした全差動増幅回路である。
As an example of the present invention, the fully differential amplifier circuit shown in FIG. 11 includes a pair of constant current sources including first and second constant current sources, and first outputs connected to respective outputs of these constant current sources. A first stage differential amplifying unit in which a differential pair transistor and a third constant current source common to the first differential pair transistor are connected in series;
A pair of constant current sources connected in parallel to the first-stage differential amplifier and composed of fourth and fifth constant current sources, and a second differential pair connected to the output pairs of these constant current sources, respectively. A second stage differential amplifying unit in which a transistor and a pair of load transistors are connected in series;
Here, the output of the first constant current source and the output of the fourth constant current source are connected, and the output of the second constant current source and the output of the fifth constant current source are connected. ,
A bias circuit connected in parallel with the first stage and second stage differential amplifying sections, and having a sixth constant current source and a bias transistor connected to the gate and drain connected in series;
The gates of the pair of load transistors are connected to the gates of the bias transistors, and the ratio of the current flowing through the second differential pair transistor to the current flowing through the sixth constant current source is a current ratio of 1: n. A fully differential amplifier circuit operating in
The gate length and the gate width of the load transistor (gate length: Ll, gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr) are (1/2) (Wr / Lr) (Ll / Wl) <N is a fully differential amplifier circuit.
本発明に係る全差動増幅回路は、差動増幅回路の出力に出力電圧の動作点を決めるためのCMFB回路が不要のため、余分の寄生容量が付加されないので高速化に適している。また、負荷トランジスタの寄生容量として、ゲート容量が見えないため、高速化に適している。後に説明するように、(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<nの条件を満足することにより、負荷トランジスタが線形領域で動作する抵抗負荷として動作するため、最大で、電源電圧までの出力振幅を得ることができる。また、負荷トランジスタに掛る電圧VDSlは、
VDSl=(1/2n)(Wr/Lr)(Ll/Wl)Veffr=(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl){2IDr/(μpCox(Wr/Lr))}1/2
として表され、出力信号の最大振幅が、VDD変動の影響を受けず、また、しきい値電圧VT変動の受けない。
The fully differential amplifier circuit according to the present invention does not require a CMFB circuit for determining the operating point of the output voltage at the output of the differential amplifier circuit, so that no extra parasitic capacitance is added, which is suitable for speeding up. Further, since the gate capacitance cannot be seen as the parasitic capacitance of the load transistor, it is suitable for speeding up. As described later, by satisfying the condition of (1/2) (W r / L r ) (L l / W l ) <n, the load transistor operates as a resistive load that operates in the linear region, The maximum output amplitude up to the power supply voltage can be obtained. The voltage V DSl applied to the load transistor is
V DSl = (1 / 2n) (W r / L r ) (L l / W l ) V effr = (1/2) (W r / L r ) (L l / W l ) {2I Dr / (μ p C ox (W r / L r ))} 1/2
The maximum amplitude of the output signal is not affected by the V DD fluctuation and is not affected by the threshold voltage V T fluctuation.
なお、上記2つの式において、Wr、WlはバイアストランジスタMrおよび負荷トランジスタMlのゲート幅、Lr、LlはトランジスタMr、Mlの実質的ゲート長、nは定電流源の電流比、VDSlは負荷トランジスタMlのドレインソース間電圧、VeffrはVGSrとVTとの差、即ち(VGSr-VT)、IDrはバイアストランジスタMrのドレイン電流、μpはトランジスタMr、Mlの移動度、CoxはトランジスタMr、Mlのゲート酸化膜容量である。 In the above two equations, W r and W l are gate widths of the bias transistor M r and the load transistor M l , L r and L l are substantial gate lengths of the transistors M r and M l , and n is a constant current source. current ratio, V DSL drain-source voltage of the load transistor M l, the difference between V Effr the V GSR and V T, i.e. (V GSr -V T), the drain current of I Dr bias transistor M r, mu p is the mobility of the transistors M r and M l , and C ox is the gate oxide film capacitance of the transistors M r and M l .
本発明は特に全差動増幅回路の低電源電圧化および高速化において大きな効果が得られる。即ち、アナログ回路を標準CMOSで実現することにより、ロジック用CMOSトランジスタで実現される高速特性を活用することができる。なお、このメリットを生かすためには、本発明のように寄生容量が付加されない回路構成が重要となる。また、従来の全差動増幅回路においては低電源電圧では安定した信号振幅を確保することが困難になっているが、電源変動やしきい値変動に依存せずに信号振幅を確保することが重要となる。本発明は低電源電圧の使用を可能にし、さらに適用する回路の高速化を達成するものである。 The present invention is particularly effective in reducing the power supply voltage and speeding up the fully differential amplifier circuit. That is, by realizing an analog circuit with a standard CMOS, high-speed characteristics realized with a logic CMOS transistor can be utilized. In order to take advantage of this merit, a circuit configuration to which no parasitic capacitance is added as in the present invention is important. In addition, in a conventional fully differential amplifier circuit, it is difficult to ensure a stable signal amplitude at a low power supply voltage, but it is possible to ensure a signal amplitude without depending on power supply fluctuations or threshold fluctuations. It becomes important. The present invention makes it possible to use a low power supply voltage, and to achieve higher speed of a circuit to be applied.
[実施例1]
図6に本発明の事例としての全差動増幅回路に係る実施例1を示す。第1の電源VDD1に負荷抵抗として動作する1対の第1および第2のPMOSトランジスタ2、3のソースが接続されており、これらのトランジスタの各ゲートは共通のノード4に接続されている。第1および第2のPMOSトランジスタ2、3を総称してトランジスタMlという。第1および第2のPMOSトランジスタ2、3の各ドレインはそれぞれ差動増幅回路の出力端子Vout-5およびVout+6に接続されている。
[Example 1]
FIG. 6 shows a first embodiment relating to a fully differential amplifier circuit as an example of the present invention. The sources of a pair of first and
出力端子5および6は差動増幅回路を構成する1対の第1および第2のnMOSトランジスタ7、8のドレインが接続されている。そして第1および第2のnMOSトランジスタ7、8のドレインはそれぞれ共通のノード9に接続されている。第1および第2のnMOSトランジスタ7、8を総称してトランジスタMinという。そして共通のノード9は第1の定電流源10の一方の端子に接続されている。
この定電流源10は半導体集積回路において通常使用されているものであり、特に限定しないが、例えばPMOSトランジスタまたはnMOSトランジスタにより形成することが可能である。定電流源10の他方の端子は例えば接地電位にある第2の電位VSS11に接続されている。入力信号は第1および第2のnMOSトランジスタ7、8のゲートにそれぞれ接続されている入力端子Vout+12および入力端子Vout-13に入る。
The constant
本発明においては図1に示すように、負荷抵抗として動作するPMOSトランジスタ2、3のゲート電圧を制御するために、さらに、直列接続された第3のPMOSトランジスタ14および第2の定電流源15を含むバイアス回路が設けられている。第3のPMOSトランジスタ14のソースは第1の電源VDD1に接続され、ゲートおよびドレインは互いに接続されて共通ノード4に接続されている。第3のPMOSトランジスタ14のゲートおよびドレインはさらに第2の定電流源15の一方の端子に接続されている。なお、第3のPMOSトランジスタ14をトランジスタMlおよびMinと対応させて説明する場合にはトランジスタMrとして記載する。定電流源15の他方の端子は第2の電位VSS11に接続されている。この定電流源15も半導体集積回路において通常使用されているものであり、例えばPMOSトランジスタまたはnMOSトランジスタにより形成することが可能である。
In the present invention, as shown in FIG. 1, a
図6に示す本発明の実施例1の回路においては、定電流源の電流比をn、即ち、差動対の定電流源10とバイアストランジスタの定電流源15を流れる電流の比を2:nとしている。
In the circuit of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the current ratio of the constant current source is n, that is, the ratio of the current flowing through the constant
図6の回路構成において、トランジスタMlを線形領域で動作するようにするため、MlおよびMrの各トランジスタの形状(ゲート長L、ゲート幅W)を(1)式の範囲になるように設定する。ここで、定電流源の電流比nは、例えば本発明の実施例2に係る図8に図示するカレントミラー回路等で構成されるトランジスタのW/L比を設定することにより決めることができる。図8のカレントミラー回路は、リファレンストランジスタM1と、M2およびM3のトランジスタサイズW/L比を設定することにより、この比と同様の電流比になる電流値を得ることのできる回路である。 In the circuit configuration of FIG. 6, in order to operate the transistor Ml in the linear region, the shape (gate length L, gate width W) of each of the transistors Ml and Mr is set to be in the range of the expression (1). . Here, the current ratio n of the constant current source can be determined, for example, by setting the W / L ratio of the transistor configured by the current mirror circuit shown in FIG. 8 according to the second embodiment of the present invention. The current mirror circuit of FIG. 8 is a circuit that can obtain a current value having a current ratio similar to this ratio by setting the transistor size W / L ratio of the reference transistor M1 and M2 and M3.
以下に示す(1)式の条件を満足する場合、トランジスタMrは飽和領域で、トランジスタMlは線形領域で動作する。トランジスタMlが線形領域で動作するとき、出力信号の振幅はトランジスタMlのドレイン―ソース間電圧VDSlまで使用することができる。トランジスタMlのドレイン―ソース間電圧VDSlは以下に示す(2)式で規定されるように、電源電圧およびしきい値変動の影響を全く受けることがないため、安定に動作する信号振幅の最大値を容易に設定することができる。 When the condition of the following expression (1) is satisfied, the transistor Mr operates in the saturation region and the transistor Ml operates in the linear region. When the transistor Ml operates in the linear region, the output signal amplitude can be used up to the drain-source voltage VDSl of the transistor Ml. Since the drain-source voltage VDSl of the transistor Ml is not affected at all by the power supply voltage and the threshold fluctuation as defined by the following equation (2), the maximum value of the signal amplitude that operates stably. Can be set easily.
なお、図6、図7および図8においては入力段トランジスタがnMOSの場合について説明しているが、これらの回路についてnMOSとpMOSを入れ換えて構成した場合にも同様の効果を得ることができる。 6, 7, and 8, the case where the input stage transistor is an nMOS is described. However, the same effect can be obtained when these circuits are configured by replacing the nMOS and the pMOS.
(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<n
(1)
VDSl=(1/2n)(Wr/Lr)(Ll/Wl)Veffr=(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl){2IDr/(μpCox(Wr/Lr))}1/2>(Voutの振幅)
(2)
なおVeffrはMrの有効電圧である。
(1/2) (W r / L r ) (L l / W l ) <n
(1)
V DSl = (1 / 2n) (W r / L r ) (L l / W l ) V effr = (1/2) (W r / L r ) (L l / W l ) {2I Dr / (μ p C ox (W r / L r ))} 1/2 > (V out amplitude)
(2)
The V effr is an effective voltage of M r.
以下上記(1)式および(2)式の導出過程について説明する。 Hereinafter, the process of deriving the above equations (1) and (2) will be described.
図9にnMOSトランジスタの一般的構造を示す。ゲートに正の電圧VG、ドレインに正の電圧VDを加えた場合について説明する。チャネル電圧はソースの0電位からドレイン電圧VDまで変化し、このため、ゲートとチャネル間の電圧は場所によってVGからVG−VDまで変わる。このためチャネルの位置xにおける電荷密度Qd(x)は、チャネル幅をW、単位面積あたりのゲート容量をCOX、ゲートソース間電位VGS、位置nにおけるチャネル電位をV(x)、n形に反転したときのゲート電圧をVTHとすると、
Qd(x)=WCOX[VGS−V(x)−VTH」となる。
FIG. 9 shows a general structure of an nMOS transistor. A case where a positive voltage V G is applied to the gate and a positive voltage V D is applied to the drain will be described. Channel voltage changes from zero potential of the source to the drain voltage V D, Therefore, the voltage between the gate and the channel is changed from V G by location until V G -V D. Therefore, the charge density Qd (x) at the channel position x is expressed as follows: the channel width is W, the gate capacitance per unit area is C OX , the gate-source potential V GS , the channel potential at the position n is V (x), and n-type When the gate voltage when inverted to V TH is
Qd (x) = WC OX [V GS −V (x) −V TH ].
一方、チャネル電流Iとチャネル領域の電荷Qdとの関係は、電荷の速度をvm/秒とすると、一般的にI=Qd×vとして与えられる。従って、ドレイン電流IDは、
ID=−WCOX[VGS−V(x)−VTH]×vとなる。
On the other hand, the relationship between the channel current I and the charge Qd in the channel region is generally given as I = Qd × v where the charge velocity is vm / second. Therefore, the drain current ID is
I D = −WC OX [V GS −V (x) −V TH ] × v.
一般的に、チャネル領域でのキャリア移動度をμ、電界強度をEとすると、v=μEであり、またE=−dv/dxであるから、
ID=−WCOX[VGS−V(x)−VTH」×μndv(x)/dxとなる。
In general, when the carrier mobility in the channel region is μ and the electric field strength is E, v = μE and E = −dv / dx,
I D = −WC OX [V GS −V (x) −V TH ] × μ n dv (x) / dx.
両辺にdxを掛け、境界条件をv(0)=0、V(L)=VDSとして上式を積分すると、
∫L x=0IDdx=∫vDS v=0WCOXμn[VGS−V(x)−VTH]dvとなる。
Multiplying both sides by dx, integrating the above equation with the boundary conditions v (0) = 0, V (L) = V DS ,
∫ L x = a 0 I D dx = ∫ vDS v = 0 WC OX μ n [V GS -V (x) -VTH] dv.
IDの値はチャネルnの位置xのどこでも同じであるから、
ID=(W/L)COXμn[(VGS−VTH)VDS−(1/2)VDS 2]
(3)
となる。
Since the value of ID is the same everywhere in the position x of channel n,
I D = (W / L) C OX μ n [(V GS -V TH) V DS - (1/2) V DS 2]
(3)
It becomes.
VGSを変えて上式を計算すると図10に示す2次曲線(放物線)が得られる。斜線で示す部分がいわゆる3極管領域の部分である。 When the above equation is calculated by changing V GS , a quadratic curve (parabola) shown in FIG. 10 is obtained. The hatched portion is a so-called triode region.
各放物線の頂点はVDS=VGS−VTHであるから、頂点での電流値は、
ID、max=(1/2)μnCox(W/L)(VGS−VTH)2 (4)
となる。
Since the vertex of each parabola is V DS = V GS −V TH , the current value at the vertex is
ID, max = (1/2) μn Cox (W / L) (V GS −V TH ) 2 (4)
It becomes.
VDSが増加した図10に示す頂点より右側の電圧では、チャネルがピンチオフするため(3)式の特性からはずれ、一点鎖線で示すようにIDがほぼ一定となる飽和特性を示す。(4)式が一般に飽和領域での電流値を与える。 At the voltage on the right side of the apex shown in FIG. 10 where V DS has increased, the channel is pinched off, so that it deviates from the characteristic of equation (3), and exhibits a saturation characteristic in which ID becomes substantially constant as shown by the alternate long and short dash line. Equation (4) generally gives the current value in the saturation region.
一方、VDS が小さい領域、即ちVDS<2(VGS−VTH)の場合、(3)式は、(1/2)VDS 2の項を省略して、
ID=(W/L)COXμn(VGS−VTH)VDS (5)
と書ける。ドレイン電流はVDSの線形関数となり、この式が一般に線形領域での電圧−電流特性を与える。以上は図9に示すnMOSトランジスタを例に計算したが、pMOSトランジスタの場合も同様である。
On the other hand, in the region where V DS is small, that is, when V DS <2 (V GS −V TH ), Equation (3) omits the term of (1/2) V DS 2 ,
I D = (W / L) C OX μ n (V GS −V TH ) V DS (5)
Can be written. The drain current is a linear function of VDS, and this formula generally gives voltage-current characteristics in the linear region. Although the above is calculated by taking the nMOS transistor shown in FIG. 9 as an example, the same applies to the case of a pMOS transistor.
従って、図6の回路構成においてMrが飽和領域、Mlが線形領域で動作しているとすると、各トランジスタを流れる電流は次のように表される。 Thus, M r is the saturation region in the circuit configuration of FIG. 6, when the M l is operating in the linear region, the current flowing through each transistor is expressed as follows.
IDr=nI=(1/2)μpCox(Wr/Lr)(VGSr-VT)2 (6)
IDl=I=μpCox(Wl/Ll)(VGSl-VT)2VDSl (7)
ここで
IDr、IDlはトランジスタMr、Mlのドレイン電流、
μpはトランジスタMr、Mlの移動度、
CoxはトランジスタMr、Mlのゲート酸化膜容量、
Wr、WlはトランジスタMr、Mlのゲート幅、
Lr、LlはトランジスタMr、Mlの実質的ゲート長、
VGSr、VGSlはトランジスタMr、Mlのゲートソース間電圧、
VTはトランジスタMr、Mlのしきい値電圧、
VDSlはトランジスタMlのドレインソース間電圧、
nは定電流源の電流比
である。
I Dr = nI = (1/2) μ p C ox (W r / L r ) (V GSr -V T ) 2 (6)
I Dl = I = μ p C ox (W l / L l ) (V GSl -V T ) 2 V DSl (7)
Here, I Dr and I Dl are the drain currents of the transistors M r and M l ,
μ p is the mobility of the transistors M r and M l ,
C ox is the gate oxide capacitance of the transistors M r and M l ,
W r and W l are the gate widths of the transistors M r and M l ,
L r and L l are the substantial gate lengths of the transistors M r and M l ,
V GSr and V GSl are the gate-source voltages of the transistors M r and M l ,
V T is the threshold voltage of transistors M r and M l ,
V DSl the drain-to-source voltage of the transistor M l,
n is the current ratio of the constant current source.
図6の回路構成において、第1の定電流源10および第2の定電流源15に対して(6)式および(7)式を適用し、(6)式および(7)式の電流Iを等しいとおくと、次式が得られる。
In the circuit configuration of FIG. 6, the expressions (6) and (7) are applied to the first constant
(1/2n)μpCox(Wr/Lr)(VGSr-VT)2=μpCox(Wl/Ll)(VGSl-VT)VDSl (8)
図6の回路構成においてはトランジスタMr、Mlのゲートは短絡されており、ソースが共通なので、それぞれのトランジスタのゲートソース間電圧VGSr、VGSlは等しいため、(VGSr−VT)=(VGSl−VT)である。従って(8)式は次ぎのようになる。
(1 / 2n) μ p C ox (W r / L r ) (V GSr −V T ) 2 = μ p C ox (W l / L l ) (V GSl −V T ) V DSl (8)
In the circuit configuration of FIG. 6, since the gates of the transistors M r and M l are short-circuited and the sources are common, the gate-source voltages V GSr and V GSl of the respective transistors are equal, so (V GSr −V T ) = (V GS1 -V T ). Therefore, equation (8) is as follows.
(1/2n)μpCox(Wr/Lr)(VGSr-VT)=μpCox(Wl/Ll)VDSl (9)
(6)式を変形すると
(VGSr-VT)={2IDr/(μpCox(Wr/Lr))}1/2
が得られので、
(9)式をVDSlについて展開し、上記(VGSr-VT)を代入すると次のようになる。
(1 / 2n) μ p C ox (W r / L r ) (V GSr −V T ) = μ p C ox (W l / L l ) V DSl (9)
When formula (6) is transformed
(V GSr -V T ) = {2I Dr / (μ p C ox (W r / L r ))} 1/2
So that
When the expression (9) is expanded for V DSl and the above (V GSr −V T ) is substituted, the following is obtained.
VDSl=(1/2n)(Wr/Lr)(Ll/Wl)(VGSr-VT)=(1/2n)(Wr/Lr)(Ll/Wl){2IDr/(μpCox(Wr/Lr))}1/2
(10)
(10)式より、図6の回路構成による全差動増幅回路から出力される信号の最大振幅に相当するVDSlは、電源電圧、しきい値電圧VTが変動しても常に一定の値を得ることができる。
V DSl = (1 / 2n) (W r / L r ) (L l / W l ) (V GSr -V T ) = (1 / 2n) (W r / L r ) (L l / W l ) { 2I Dr / (μ p C ox (W r / L r ))} 1/2
(10)
From equation (10), V DSl corresponding to the maximum amplitude of the signal output from the fully differential amplifier circuit having the circuit configuration of FIG. 6 is always a constant value even if the power supply voltage and the threshold voltage V T vary. Can be obtained.
次に図6の回路構成においてMlが線形領域で動作するための条件を求める。 Next, conditions for M l to operate in the linear region in the circuit configuration of FIG. 6 are obtained.
一般的にトランジスタの静特性を示す図2から明らかなように、トランジスタMlのドレインソース間電圧VDSlが以下の条件のとき、トランジスタMlは線形領域で動作する。 As it is apparent from general Figure 2 shows the static characteristics of the transistor, when the drain-source voltage V DSL transistor M l is of the following conditions, the transistor M l is operated in the linear region.
VDSl<Veffl
ここで、Veffr=(VGSl-VT)なので、
VDSl<(VGSl-VT) (11)
つぎに、(11)式に(10)式を代入すると次式が得られる。
V DSl <V effl
Where V effr = (V GSl -V T )
V DSl <(V GSl -V T ) (11)
Next, when the equation (10) is substituted into the equation (11), the following equation is obtained.
(1/2n)(Wr/Lr)(Ll/Wl)(VGSr-VT)<(VGSl-VT) (12)
VGSr=VGSlなので、
(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<n
(1)
が得られる。
(1 / 2n) (W r / L r ) (L l / W l ) (V GSr −V T ) <(V GSl −V T ) (12)
Since V GSr = V GSl ,
(1/2) (W r / L r ) (L l / W l ) <n
(1)
Is obtained.
(1)式の条件になるように、図6の全差動増幅回路の定数(Wr/Lr)、(Ll/Wl)、およびnを定めることによって、差動増幅回路の出力に現れるVOUTは、(7)式で与えられる最大の出力振幅を得ることができる。(1)式は、Wr、Lr、Ll、Wl、およびnのみの関数であり、設計段階において定電流源の動作条件nと負荷トランジスタおよびバイアストランジスタの構造(ゲート幅およびゲート長)を所定の範囲に設定することにより、全差動増幅回路の負荷トランジスタを線形領域にて動作させることが可能であることがわかる。 By defining the constants (Wr / Lr), (Ll / Wl), and n of the fully differential amplifier circuit of FIG. 6 so as to satisfy the condition of the expression (1), V OUT appearing at the output of the differential amplifier circuit Can obtain the maximum output amplitude given by equation (7). Equation (1) is a function of only Wr, Lr, Ll, Wl, and n, and the operating condition n of the constant current source and the structure of the load transistor and the bias transistor (gate width and gate length) are predetermined in the design stage. It can be seen that by setting the range, the load transistor of the fully differential amplifier circuit can be operated in the linear region.
図7は図6に示す本発明による全作動増幅回路に係る実施例1の回路において、特に定電流源10および15をMOSトランジスタM1、M2を用いて構成した例について示す図である。MOSトランジスタM2およびM1のサイズを、n:2の電流比が得られるように設計する。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the constant
[実施例2]
実施例1において、n倍の電流比を実現する具体的な回路として、定電流源をカレントミラー回路で構成した実施例2を図8に示す。カラントミラー回路は、カレントミラー部を構成するMOSトランジスタとしてM1、M2、M3を有し、ゲートとドレインが接続されたリファレンストランジスタM3のゲートに、各ゲートがそれぞれ接続されたM1、M2のトランジスタにより構成されている。
[Example 2]
FIG. 8 shows a second embodiment in which the constant current source is configured by a current mirror circuit as a specific circuit for realizing the current ratio of n times in the first embodiment. The current mirror circuit includes M1, M2, and M3 as MOS transistors that constitute a current mirror unit, and the gate of a reference transistor M3 having a gate and a drain connected to each of the transistors M1 and M2 each having a gate connected thereto. It is configured.
実施例2を示す図8において、図6の回路との相違は、図6の第1の定電流源10に代えて第3のnMOSトランジスタ16(上記トランジスタM1)がノード9と第2の電位VSS11に接続されていることであり、また、図6の第2の定電流源15に代えて、第4のnMOSトランジスタ17(上記トランジスタM2)が第3のpMOSトランジスタ14と第2の電位VSS11の間に接続されていることである。そして、さらに、一方の端子が第1の電源VDD1に接続された定電流源18を有し、定電流源18の他方の端子が第5のnMOSトランジスタ19(上記トランジスタM3)のドレインに接続されており、第5のnMOSトランジスタ19のソースは第2の電位VSS11に接続されており、第5のnMOSトランジスタ19のドレインおよびゲートは互いに接続されていることである。そして、第3、第4および第5のnMOSトランジスタ16、17、19の各ゲートが互いに接続されていることである。
8 showing the second embodiment is different from the circuit of FIG. 6 in that the third nMOS transistor 16 (the transistor M1) is replaced with the
実施例2においては、M1とM2、M3のゲートのサイズW/L(W、Lはそれぞれトランジスタのゲート幅とゲート長)の比を任意に設定することにより、この比と同様の電流比になる電流値を得ることができる。図8に示す実施例2の回路においては、M3のサイズ(W0/L0)に対し、M2のサイズ(W/L)をn×(W0/L0)に、M1のサイズ(W/L)を2×(W0/L0)に設定し、それぞれ1:n:2の電流比を得る事例について示している。なお、実施例7の回路に関しても、nMOSとpMOSを入れ換えて構成した場合において同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, the ratio of the gate sizes W / L of M1, M2, and M3 (W and L are the gate width and gate length of the transistor, respectively) is set arbitrarily, so that the current ratio is similar to this ratio. The current value can be obtained. In the circuit according to the second embodiment illustrated in FIG. 8, the size (W / L) of M2 is set to n × (W 0 / L 0 ) and the size of M1 (W 0 / L 0 ) with respect to the size (W 0 / L 0 ) of M3. / L) is set to 2 × (W 0 / L 0 ), and each shows a case where a current ratio of 1: n: 2 is obtained. Note that the same effect can be obtained with respect to the circuit of the seventh embodiment when the nMOS and the pMOS are interchanged.
[実施例3]
実施例1に対し、1段からなる全差動増幅回路だけでなく、フォールデッドカスコード回路の負荷に本発明を適用することにより、上記効果と同様の効果を得ることのできる全差動増幅回路の実施例3を図11に示す。
[Example 3]
Compared to the first embodiment, not only a single-stage fully-differential amplifier circuit but also a fully-differential amplifier circuit that can obtain the same effects as those described above by applying the present invention to the load of a folded cascode circuit Example 3 of this is shown in FIG.
図11において、左側の点線の枠で示した回路が第1段の全差動増幅回路20、右側の点線の枠で示した回路がフォールデッドカスコード回路における第2段の増幅回路21、中央の点線の枠で示した回路が実施例1で説明した線形領域で動作するように設定された負荷回路22(一部22と共通する)をそれぞれ示している。
In FIG. 11, the circuit indicated by the dotted line on the left side is the first-stage fully
第1段の全差動増幅回路20は、一対の差動増幅nMOSトランジスタ35、36(Min)と、このnMOSトランジスタ35、36のドレインとVDDとの間にそれぞれ位置する定電流源31、32(CC4、CC5)、そしてnMOSトランジスタ35、36の各ソースとVSSとの間に配置された定電流源39を有する。
The first-stage fully-
フォールデッドカスコード回路の構成は以下の通りである。第1段の全差動増幅回路20の出力23、24が第2段の増幅回路21のpMOSトランジスタ25、26(M1、M2)のソースに接続される。このpMOSトランジスタ25、26のドレインに第2段の増幅回路において負荷となる一対のnMOSトランジスタ27、28(総称してMlという)が接続されている。また上記pMOSトランジスタ25、26のソースには定電流源29、30(CC2、CC3)が接続されており、pMOSトランジスタ25、26にバイアス電流を供給している。なお図11の実施例においては、pMOSトランジスタ25、26のバイアス電流は定電流源31、32(CC4、CC5)からも供給することができるため、定電流源29、30(CC2、CC3)は必ずしも必要ではない。言い換えれば、定電流源31と定電流源29は共通の1つの定電流源とし、定電流源32と定電流源も共通の1つの定電流源として構成することも可能である(図示せず)。なお、pMOSトランジスタ25、26の各ゲートはこのトランジスタを飽和領域で動作させる電圧Vbiasに接続されている。
The configuration of the folded cascode circuit is as follows. The
図11の回路は、さらにVDDおよびVSS間において定電流源CC1と直列接続されているバイアス用のnMOSトランジスタ37(Mr)からなる、フォールデッドカスコード回路の負荷トランジスタ27、28に対するバイアス回路を有する。
The circuit shown in FIG. 11 further includes a bias circuit for the
図11に示すフォールデッドカスコード回路において、pMOSトランジスタ25、26を流れる電流の値がIとなるように、カラントミラー回路等で構成された定電流源CC2、CC3、CC4、CC5を選び、そしてバイアス用のnMOSトランジスタ37(Mr)を流れる電流がnIとなるように設定する。かかる場合に、トランジスタMrおよびトランジスタMlのゲート長L、ゲート幅Wを(1)式の条件になるように設定する。
In the folded cascode circuit shown in FIG. 11, constant current sources CC2, CC3, CC4, and CC5 configured by a current mirror circuit or the like are selected so that the value of the current flowing through the
このとき実施例1で説明したように、符号27、28で示される負荷トランジスタMlのドレインソース間電圧VDSlは(2)式で表されるように、電源電圧やしきい値の変動に影響されることなく、最大の出力振幅を得ることが可能となり、そして線形領域で動作するようになる。実施例3の回路に関しても、nMOSとpMOSを入れ換えて構成した場合においても同様の効果を得ることができる。
At this time, as described in the first embodiment, the drain-source voltage V DSl of the load transistor Ml indicated by
図12に本発明による全差動増幅回路、定電流源負荷差動増幅回路、そしてダイオード負荷差動増幅回路の入出力特性のシュミレーションの結果を示す。本発明による全差動増幅回路の入出力特性iが他の回路に比べ出力振幅を大きく取ることができ、また良い線形性を有することがわかる。 FIG. 12 shows the simulation results of the input / output characteristics of the fully differential amplifier circuit, constant current source load differential amplifier circuit, and diode load differential amplifier circuit according to the present invention. It can be seen that the input / output characteristic i of the fully-differential amplifier circuit according to the present invention can have a larger output amplitude than the other circuits and has a good linearity.
図13に同様に本発明による全差動増幅回路、定電流源負荷差動増幅回路、そしてダイオード負荷差動増幅回路のVDSの温度依存性のシュミレーションの結果を示す。本発明による全差動増幅回路のVDSの温度依存性iが他の回路に比べ小さいことがわかる。 All differential amplifier circuit according to the present invention as well in FIG. 13, shows the results of a constant-current source load differential amplifier circuit and the diode temperature dependence of the simulation of the V DS of the load differential amplifier circuit. It can be seen that the temperature dependency i of VDS of the fully differential amplifier circuit according to the present invention is smaller than that of other circuits.
1 … 第1の電源、 2 … 第1のPMOSトランジスタ、 3 … 第2のPMOSトランジスタ、 4 … ノード、 5 … 出力端子Vout-、 6 … 出力端子Vout+、 7 … 第1のnMOSトランジスタ、 8 … 第2のnMOSトランジスタ、 9 … ノード、 10 … 第1の定電流源、11 … 第2の電位、 12 … 入力端子Vout+、 13 … 入力端子Vout-、 14 … 第3のPMOSトランジスタ、 15 … 第2の定電流源、 16 … 第3のnMOSトランジスタ、 17 … 第4のnMOSトランジスタ、 18 … 定電流源、 19 … 第5のnMOSトランジスタ、 20 … 差動増幅回路、 21 … フォールデッドカスコード回路、 22 … 線形領域で動作を行う負荷回路、 23、24 … 差動増幅回路の出力、 25 … pMOSトランジスタM1、 26 … pMOSトランジスタM2、 25 … nMOSトランジスタ、 28 … nMOSトランジスタ、 29 … 定電流源CC2、 30 … 定電流源CC3、 31 … 定電流源CC4、 32 … 定電流源CC5、 33 … 制御用のMOSトランジスタMr、 34 … 定電流源CC1、35 … nMOSトランジスタ、 36 … nMOSトランジスタ、 37 … nMOSトランジスタ、 38 … 定電流源CC1、 ・・・ 定電流源
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記差動増幅部と並列接続され、ゲートとドレインが接続されたバイアストランジスタと第2の定電流源とが直列に接続されたバイアス回路とを有し、
前記一対の負荷トランジスタの各ゲートが前記バイアストランジスタのゲートに接続されており、前記第1の定電流源と前記第2の定電流源を流れる電流の比が2:nの電流比で動作する全差動増幅回路であって、
前記一対の負荷トランジスタ(各ゲート長:Ll、各ゲート幅:Wl)と前記バイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、
(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<n
とした全差動増幅回路。 A differential amplification section in which a pair of load transistors, a differential pair transistor, and a first constant current source common to the differential pair transistor are connected in series;
A bias circuit connected in parallel with the differential amplifying unit and having a gate and a drain connected to each other and a second constant current source connected in series;
The gates of the pair of load transistors are connected to the gates of the bias transistors, and operate at a current ratio of 2: n through the first constant current source and the second constant current source. A fully differential amplifier circuit,
The gate length and gate width of the pair of load transistors (each gate length: Ll, each gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr),
(1/2) (Wr / Lr) (Ll / Wl) <n
Fully differential amplifier circuit.
前記差動増幅部と並列接続され、バイアストランジスタと第2の定電流源とが直列に接続されたバイアス回路と、
前記差動増幅部および前記バイアス回路と並列接続され、第3の定電流源とリファレンストランジスタとが直列に接続されたリファレンス回路とを有し、
前記一対の負荷トランジスタの各ゲートが前記バイアストランジスタのゲートに接続されており、前記第1の定電流源と前記第2の定電流源を流れる電流の比が2:nの電流比で動作し、前記第1の定電流源、前記第2の定電流源、そして前記リファレンストランジスタがカレントミラー回路を形成する全差動増幅回路であって、
前記一対の負荷トランジスタ(各ゲート長:Ll、各ゲート幅:Wl)とバイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、
(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<n
とした全差動増幅回路。 A differential amplification section in which a pair of load transistors, a differential pair transistor, and a first constant current source common to the differential pair transistor are connected in series;
A bias circuit that is connected in parallel with the differential amplifier, and in which a bias transistor and a second constant current source are connected in series;
A reference circuit connected in parallel with the differential amplifier and the bias circuit, and a third constant current source and a reference transistor connected in series;
The gates of the pair of load transistors are connected to the gates of the bias transistors, and the ratio of currents flowing through the first constant current source and the second constant current source is 2: n. The first constant current source, the second constant current source, and the reference transistor are fully differential amplifier circuits forming a current mirror circuit,
The gate length and gate width of the pair of load transistors (each gate length: Ll, each gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr),
(1/2) (Wr / Lr) (Ll / Wl) <n
Fully differential amplifier circuit.
前記第1段の差動増幅部と並列接続され、第4および第5の定電流源からなる一対の定電流源と、これらの定電流源の出力対とそれぞれ接続された第2の差動対トランジスタと、そして一対の負荷トランジスタとが直列に接続された第2段の差動増幅部と、
ここで前記第1の定電流源の出力と前記第4の定電流源の出力とが接続されており、また前記第2の定電流源の出力と前記第5の定電流源の出力とが接続されており、
前記第1段および第2段の差動増幅部と並列接続され、第6の定電流源とゲートとドレインが接続されたバイアストランジスタとが直列に接続されたバイアス回路とを有し、
前記一対の負荷トランジスタの各ゲートが前記バイアストランジスタのゲートに接続されており、前記第2の差動対トランジスタをそれぞれ流れる電流と、前記第6の定電流源を流れる電流の比が、1:nの電流比で動作する全差動増幅回路であって、
前記負荷トランジスタ(ゲート長:Ll、ゲート幅:Wl)と前記バイアストランジスタ(ゲート長:Lr、ゲート幅:Wr)のゲート長およびゲート幅を、
(1/2)(Wr/Lr)(Ll/Wl)<n
とした全差動増幅回路。 A pair of constant current sources composed of first and second constant current sources, a first differential pair transistor connected to respective outputs of these constant current sources, and the first differential pair transistor A first stage differential amplifier connected in series with a third constant current source common to
A pair of constant current sources connected in parallel to the first-stage differential amplifier and composed of fourth and fifth constant current sources, and a second differential connected to an output pair of these constant current sources, respectively. A second stage differential amplifying unit in which a pair of transistors and a pair of load transistors are connected in series;
Here, the output of the first constant current source and the output of the fourth constant current source are connected, and the output of the second constant current source and the output of the fifth constant current source are Connected,
A bias circuit connected in parallel with the first stage and second stage differential amplifying sections and having a sixth constant current source and a bias transistor having a gate and a drain connected in series;
The gates of the pair of load transistors are connected to the gate of the bias transistor, and the ratio of the current flowing through the second differential pair transistor to the current flowing through the sixth constant current source is 1: a fully differential amplifier circuit operating at a current ratio of n,
A gate length and a gate width of the load transistor (gate length: Ll, gate width: Wl) and the bias transistor (gate length: Lr, gate width: Wr),
(1/2) (Wr / Lr) (Ll / Wl) <n
Fully differential amplifier circuit.
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