JP2006115255A - 演算増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 演算増幅器100は、入力段に設けられた差動増幅回路10と、後段の増幅回路20を含む。差動増幅回路10において、第1、第3バイポーラトランジスタQ1、Q3は、いずれもPNP型バイポーラトランジスタであって、ダーリントン接続されており、第1バイポーラトランジスタQ1のベース端子には、反転入力端子102が接続されている。第1、第3バイポーラトランジスタQ1、Q3と、第2、第4バイポーラトランジスタQ2、Q4は、差動入力対を構成している。その差動入力対を構成する第1、第2バイポーラトランジスタQ1、Q2のベース端子と接地電位間には、それぞれ第1保護ダイオードD1、第2保護ダイオードD2が接続されている。これらの保護ダイオードは、カソード端子がバイポーラトランジスタのベース端子側に、カソード端子が接地電位側となるように接続される。
【選択図】 図1
Description
この態様によれば、保護ダイオードを反転、非反転入力端子と固定電位である接地電位間に設けることによって、差動対を構成するトランジスタにサージ電流が流れる前に保護ダイオードが逆方向にオンし、トランジスタに印加される電圧がクランプされるため、耐圧を高めることができる。
なお、本明細書における「演算増幅器」は、入力差動対を備えるコンパレータも含む広い概念である。
複数のダイオードを並列にトリミングによって面積が調節できるように形成することによって、半導体製造プロセスなどのばらつきによってトランジスタの耐圧が変化した場合に、保護ダイオードのサイズをトランジスタの耐圧に応じて調節することができる。さらに、半導体製造プロセスのばらつきなどによってトランジスタの電流増幅率がばらついた場合には演算増幅器のバイアス電流、すなわち差動入力対を構成するトランジスタのベース電流がばらつくことになるため、このベース電流に応じて保護ダイオードのサイズを調節することにより、入力端子に接続される回路に及ぼす影響を低減することができる。
第1バイポーラトランジスタQ1、第3バイポーラトランジスタQ3は、いずれもPNP型バイポーラトランジスタであって、ダーリントン接続されており、第1バイポーラトランジスタQ1のベース端子には、反転入力端子102が接続されている。
同様に、第2バイポーラトランジスタQ2、第4バイポーラトランジスタQ4も、いずれもPNP型バイポーラトランジスタでありダーリントン接続され、第2バイポーラトランジスタQ2のベース端子には、非反転入力端子104が接続されている。
第5バイポーラトランジスタQ5および第6バイポーラトランジスタQ6はNPN型バイポーラトランジスタであって、ベース、エミッタ端子が共通に接続されてカレントミラー回路を形成している。この第5、第6バイポーラトランジスタQ5、Q6は、差動入力対を構成する第1、第3バイポーラトランジスタQ1、Q3および第2、第4バイポーラトランジスタQ2、Q4に対して定電流負荷として機能する。
差動増幅回路10において差動対を構成する第3バイポーラトランジスタQ3、第4バイポーラトランジスタQ4には、定電流源12によってバイアス電流が流れている。ここで、バイポーラトランジスタのベース電流Ibとコレクタ電流Icには、電流増幅率βを用いてIc=Ib×βの関係が成り立っている。
いま、定電流源12によって、2×Ixの電流が生成されているとすると、第3バイポーラトランジスタQ3および第4バイポーラトランジスタQ4には平衡時においてそれぞれIxのコレクタ電流が流れることになる。したがって、第3、第4バイポーラトランジスタQ3、Q4のベース電流はそれぞれIx/βの電流が流れることになる。
第1保護ダイオードD1、第2保護ダイオードD2として設けられているダイオードに逆方向に印加される電圧がツェナー電圧Vzよりも小さい場合には、これらのダイオードにはカソード端子からアノード端子に向かって微少な逆方向電流が流れている。この保護ダイオードに流れる逆方向電流は、ダイオードのサイズに比例する。
半導体チップの外周には、この領域200を囲うようにして反転入力端子102、非反転入力端子104、接地端子GND、電源電圧端子Vccなどの電極パッドが配置される。
また、図3(b)のように配置した場合には、第1保護ダイオードD1、第2保護ダイオードD2が隣接することになるため、ダイオードの特性を均一にそろえることが可能となる。また、反転入力端子102、非反転入力端子104間の信号の干渉を低減することができる。
また、このとき第3保護ダイオードD3のサイズを調節し、第3保護ダイオードD3に流れる逆方向電流Ir3と、第1バイポーラトランジスタQ1のベース電流Ibを略等しく設定することにより、演算増幅器100の反転入力端子102に接続される回路にバイアス電流が与える影響を低減することができる。非反転入力端子104側についても同様である。
そのほか、図5において第1、第2バイポーラトランジスタQ1、Q2は更にそれぞれのベース端子と接地端子間にも保護ダイオードを備えていても良い。また、図5の第1、第2バイポーラトランジスタQ1、Q2には別のトランジスタがダーリントン接続されていても良く、それぞれのベース端子と接地端子間に保護ダイオードを設け、あるいは更にベース端子と電源電圧端子間にも保護ダイオードを設けても良い。逆に図1、図4の入力差動対をダーリントン形式ではなく、一段構成とし、第3、第4バイポーラトランジスタQ3,Q4のベースと固定電位間に保護ダイオードを設けても良い。
Claims (6)
- 反転入力端子および非反転入力端子に接続される入力差動対を構成する少なくとも一方のトランジスタの制御端子にカソード端子が接続され、接地電位端子にアノード端子が接続される保護ダイオードを備えることを特徴とする演算増幅器。
- 前記入力差動対を構成するトランジスタはPNP型バイポーラトランジスタであって、前記保護ダイオードのサイズは、カソード端子からアノード端子に向かって流れる逆方向電流が前記トランジスタのベース電流と略等しくなるように設定されたことを特徴とする請求項1に記載の演算増幅器。
- 反転入力端子および非反転入力端子に接続される入力差動対を構成する少なくとも一方のトランジスタの制御端子にアノード端子が接続され、電源電圧端子にカソード端子が接続される保護ダイオードを備えることを特徴とする演算増幅器。
- 前記入力差動対を構成するトランジスタはNPN型バイポーラトランジスタであって、前記保護ダイオードのサイズは、カソード端子からアノード端子に向かって流れる逆方向電流が前記トランジスタのベース電流と略等しくなるように設定されたことを特徴とする請求項3に記載の演算増幅器。
- 前記保護ダイオードは、複数個並列に接続されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の演算増幅器。
- 前記演算増幅器は一体集積化されており、前記保護ダイオードは、該保護ダイオードが接続される前記反転入力端子あるいは前記非反転入力端子に対応する電極パッドと隣接して設けられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の演算増幅器。
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