JP2008042487A - Operational amplifier - Google Patents

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正之 小笹
Toshinobu Nagasawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operational amplifier supplying sufficient currents to a load during dynamic operation, reducing power consumption during static operation, reducing offset and reducing distortion. <P>SOLUTION: An output current that flows to one transistor of a pair of differential transistors 100 is converted into a voltage by a current/voltage converting means 120 and output from first and second voltage output terminals. Control terminals of output transistors 130, 140 connected to the first and the second voltage output terminals of the current/voltage converting means 120 are output. An operating area of the output transistor 130 is a class-A amplification operating area and an operating area of the second output transistor 140 is a class-B amplification operating area. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は電子機器に用いられ、半導体集積回路上に集積可能な演算増幅器に関するものである。   The present invention relates to an operational amplifier that is used in electronic equipment and can be integrated on a semiconductor integrated circuit.

従来、電子機器に用いられ、半導体集積回路上に集積可能な演算増幅器についてはSaunders College Publishing出版のCMOS Analog Circuit Design p388およびJohn Wiley & Sons, Inc.出版のAnalysis and Design of Analog Integrated Circuits (Third Edition) p462に開示されている。   Conventionally, operational amplifiers used in electronic devices and can be integrated on semiconductor integrated circuits are CMOS Analog Circuit Design p388 published by Saunders College Publishing and Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Third Edition) published by John Wiley & Sons, Inc. ) It is disclosed in p462.

図12は従来の演算増幅器(電圧入力電流源出力タイプのオペアンプもしくはOTA:Operational Transconductance Amplifier)の回路図である。出力ダイナミックレンジが広くとれ、有利であるから、電流源出力タイプのオペアンプがよく用いられる。   FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional operational amplifier (voltage input current source output type operational amplifier or OTA: Operational Transconductance Amplifier). Since an output dynamic range is wide and advantageous, a current source output type operational amplifier is often used.

図12において、VDDは電源印加端子、VSSは接地端子、in−は演算増幅器の負の極性を有する入力端子、in+は演算増幅器の正の極性を有する入力端子、outは演算増幅器の出力端子である。   In FIG. 12, VDD is a power supply terminal, VSS is a ground terminal, in− is an input terminal having a negative polarity of the operational amplifier, in + is an input terminal having a positive polarity of the operational amplifier, and out is an output terminal of the operational amplifier. is there.

I1Nは演算増幅器を動作させる電流源、M1N、M2Nは差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M3P、M4Pはカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M5N、M6N、M7Nは電流源のカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M8Pはpチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1Nは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。   I1N is a current source for operating an operational amplifier, M1N and M2N are n-channel MOS transistors constituting a differential pair, M3P and M4P are p-channel MOS transistors constituting a current mirror, and M5N, M6N and M7N are current source current mirrors , M8P is a p-channel output MOS transistor, and C1N is a capacitor for preventing oscillation of the operational amplifier.

nチャンネルMOSトランジスタM1NとnチャンネルMOSトランジスタM2Nとが差動増幅器を構成し、入力端子in−と入力端子in+とに加えられた電圧差に応じて、nチャンネルMOSトランジスタM6Nの電流がnチャンネルMOSトランジスタM1NのドレインとnチャンネルMOSトランジスタM2Nのドレインとに振り分けられる。nチャンネルMOSトランジスタM1Nに流れた電流はpチャンネルMOSトランジスタM3Pに送られて、カレントミラーとして動作するpチャンネルMOSトランジスタM4Pのゲート電圧に反映する。nチャンネルMOSトランジスタM2Nに流れる電流とpチャンネルMOSトランジスタM4Pのゲート電圧とで、nチャンネルMOSトランジスタM2NのドレインとpチャンネルMOSトランジスタM4Pのドレインとの接続点の電圧が決まる。すなわち、nチャンネルMOSトランジスタM2Nの電流供給能力(以下、単に能力と記す)がpチャンネルMOSトランジスタM4Pの能力に比べて高いとき、nチャンネルMOSトランジスタM2Nが三極管領域(線形領域)で動作し、pチャンネルMOSトランジスタM4Pが飽和領域で動作する。その結果、nチャンネルMOSトランジスタM2NのドレインとpチャンネルMOSトランジスタM4Pのドレインの接続点の電圧が下がる。それにしたがって、出力MOSトランジスタM8Pのゲート電圧が下がり、出力MOSトランジスタM8Pは電流を吐き出そうとする。このとき、演算増幅器としては、ソース(source)として、つまり、出力端子outから電流を吐き出すように働く。   The n-channel MOS transistor M1N and the n-channel MOS transistor M2N constitute a differential amplifier, and the current of the n-channel MOS transistor M6N is changed to the n-channel MOS according to the voltage difference applied to the input terminal in− and the input terminal in +. They are distributed to the drain of the transistor M1N and the drain of the n-channel MOS transistor M2N. The current flowing through the n-channel MOS transistor M1N is sent to the p-channel MOS transistor M3P and reflected on the gate voltage of the p-channel MOS transistor M4P operating as a current mirror. The voltage at the connection point between the drain of the n-channel MOS transistor M2N and the drain of the p-channel MOS transistor M4P is determined by the current flowing through the n-channel MOS transistor M2N and the gate voltage of the p-channel MOS transistor M4P. That is, when the current supply capability (hereinafter simply referred to as capability) of the n-channel MOS transistor M2N is higher than that of the p-channel MOS transistor M4P, the n-channel MOS transistor M2N operates in the triode region (linear region), and p The channel MOS transistor M4P operates in the saturation region. As a result, the voltage at the connection point between the drain of the n-channel MOS transistor M2N and the drain of the p-channel MOS transistor M4P decreases. Accordingly, the gate voltage of the output MOS transistor M8P decreases, and the output MOS transistor M8P tries to discharge current. At this time, the operational amplifier functions as a source, that is, discharges current from the output terminal out.

反対に、pチャンネルMOSトランジスタM4Pの能力がnチャンネルMOSトランジスタM2Nの能力に比べて高いとき、pチャンネルMOSトランジスタM4Pが三極管領域で動作し、nチャンネルMOSトランジスタM2Nが飽和領域で動作する。その結果、nチャンネルMOSトランジスタM2NのドレインとpチャンネルMOSトランジスタM4Pのドレインとの接続点の電圧が上がる。それにしたがって、出力MOSトランジスタM8Pのゲート電圧が上がり、出力MOSトランジスタM8Pの電流は止まる。このとき、演算増幅器としては、nチャンネルMOSトランジスタM7Nが電流源として働き、シンク(sink)として、つまり、出力端子outから電流を引き込むように働く。   Conversely, when the capability of the p-channel MOS transistor M4P is higher than that of the n-channel MOS transistor M2N, the p-channel MOS transistor M4P operates in the triode region and the n-channel MOS transistor M2N operates in the saturation region. As a result, the voltage at the connection point between the drain of the n-channel MOS transistor M2N and the drain of the p-channel MOS transistor M4P increases. Accordingly, the gate voltage of the output MOS transistor M8P increases, and the current of the output MOS transistor M8P stops. At this time, as the operational amplifier, the n-channel MOS transistor M7N functions as a current source and functions as a sink, that is, draws current from the output terminal out.

この場合、ソース電流能力は出力MOSトランジスタM8Pのゲート電圧で決まり、シンク電流能力は電流源として働くnチャンネルMOSトランジスタM7Nの電流で決まる。   In this case, the source current capability is determined by the gate voltage of the output MOS transistor M8P, and the sink current capability is determined by the current of the n-channel MOS transistor M7N acting as a current source.

さらに、従来の演算増幅器では、nチャンネルMOSトランジスタではなく、pチャンネルMOSトランジスタで、入力トランジスタを構成する場合がある。それを図13に示す。図13において、I1Pは演算増幅器を動作させる電流源、M1P、M2Pは差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M3N、M4Nはカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M5P、M6P、M7Pは電流源のカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M8Nはnチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1Pは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。その他は図12と同様である。   Furthermore, in the conventional operational amplifier, the input transistor may be configured by a p-channel MOS transistor instead of an n-channel MOS transistor. This is shown in FIG. In FIG. 13, I1P is a current source for operating an operational amplifier, M1P and M2P are p-channel MOS transistors forming a differential pair, M3N and M4N are n-channel MOS transistors forming a current mirror, and M5P, M6P and M7P are currents. A p-channel MOS transistor constituting the current mirror of the source, M8N is an n-channel output MOS transistor, and C1P is a capacitor for preventing oscillation of the operational amplifier. Others are the same as FIG.

pチャンネルMOSトランジスタM1PとpチャンネルMOSトランジスタM2Pとが差動増幅器を構成し、入力端子in−と入力端子in+とに加えられた電圧差に応じて、pチャンネルMOSトランジスタM6Pの電流がpチャンネルMOSトランジスタM1PのドレインとpチャンネルMOSトランジスタM2Pのドレインとに振り分けられる。pチャンネルMOSトランジスタM1Pに流れた電流はnチャンネルMOSトランジスタM3Nに送られて、カレントミラーとして動作するnチャンネルMOSトランジスタM4Nのゲート電圧に反映する。pチャンネルMOSトランジスタM2Pに流れる電流とnチャンネルMOSトランジスタM4Nのゲート電圧とで、pチャンネルMOSトランジスタM2PのドレインとnチャンネルMOSトランジスタM4Nのドレインとの接続点の電圧が決まる。すなわち、pチャンネルMOSトランジスタM2Pの能力がnチャンネルMOSトランジスタM4Nの能力に比べて高いとき、pチャンネルMOSトランジスタM2Pが三極管領域で動作し、nチャンネルMOSトランジスタM4Nが飽和領域で動作する。その結果、pチャンネルMOSトランジスタM2PのドレインとnチャンネルMOSトランジスタM4Nのドレインの接続点の電圧が上がる。それにしたがって、出力MOSトランジスタM8Nのゲート電圧が上がり、出力MOSトランジスタM8Nは電流を吸い込もうとする。このとき、演算増幅器としては、シンクとして働く。   The p-channel MOS transistor M1P and the p-channel MOS transistor M2P constitute a differential amplifier, and the current of the p-channel MOS transistor M6P is changed to the p-channel MOS according to the voltage difference applied to the input terminal in− and the input terminal in +. They are distributed to the drain of the transistor M1P and the drain of the p-channel MOS transistor M2P. The current flowing through the p-channel MOS transistor M1P is sent to the n-channel MOS transistor M3N and reflected on the gate voltage of the n-channel MOS transistor M4N operating as a current mirror. The current at the p-channel MOS transistor M2P and the gate voltage of the n-channel MOS transistor M4N determine the voltage at the connection point between the drain of the p-channel MOS transistor M2P and the drain of the n-channel MOS transistor M4N. That is, when the capability of the p-channel MOS transistor M2P is higher than that of the n-channel MOS transistor M4N, the p-channel MOS transistor M2P operates in the triode region and the n-channel MOS transistor M4N operates in the saturation region. As a result, the voltage at the connection point between the drain of the p-channel MOS transistor M2P and the drain of the n-channel MOS transistor M4N increases. Accordingly, the gate voltage of the output MOS transistor M8N rises, and the output MOS transistor M8N attempts to sink current. At this time, the operational amplifier functions as a sink.

反対に、nチャンネルMOSトランジスタM4Nの能力がpチャンネルMOSトランジスタM2Pの能力に比べて高いとき、nチャンネルMOSトランジスタM4Nが三極管領域で動作し、pチャンネルMOSトランジスタM2Pが飽和領域で動作する。その結果、pチャンネルMOSトランジスタM2PのドレインとnチャンネルMOSトランジスタM4Nのドレインとの接続点の電圧が下がる。それにしたがって、出力MOSトランジスタM8Nのゲート電圧が下がり、出力MOSトランジスタM8Nの電流は止まる。このとき、演算増幅器としては、pチャンネルMOSトランジスタM7Pが電流源として働き、ソースとして働く。   On the contrary, when the capability of the n-channel MOS transistor M4N is higher than that of the p-channel MOS transistor M2P, the n-channel MOS transistor M4N operates in the triode region and the p-channel MOS transistor M2P operates in the saturation region. As a result, the voltage at the connection point between the drain of the p-channel MOS transistor M2P and the drain of the n-channel MOS transistor M4N decreases. Accordingly, the gate voltage of the output MOS transistor M8N decreases, and the current of the output MOS transistor M8N stops. At this time, as the operational amplifier, the p-channel MOS transistor M7P serves as a current source and serves as a source.

この場合、ソース電流能力は出力MOSトランジスタM8Nのゲート電圧で決まり、シンク電流能力は電流源として働くpチャンネルMOSトランジスタM7Pの電流で決まる。   In this case, the source current capability is determined by the gate voltage of the output MOS transistor M8N, and the sink current capability is determined by the current of the p-channel MOS transistor M7P acting as a current source.

ここで、図10に図12および図13に回路図を示した演算増幅器のブロック図を示す。図10において、OPが図12または図13の演算増幅器である。図12および図13に回路図を示した演算増幅器のより詳細なブロック図を図11に示す。図11において、200は差動トランジスタ対、210は電流源、220はカレントミラー、230は出力トランジスタである。   Here, FIG. 10 shows a block diagram of the operational amplifier whose circuit diagram is shown in FIG. 12 and FIG. In FIG. 10, OP is the operational amplifier of FIG. 12 or FIG. A more detailed block diagram of the operational amplifier whose circuit diagram is shown in FIGS. 12 and 13 is shown in FIG. In FIG. 11, 200 is a differential transistor pair, 210 is a current source, 220 is a current mirror, and 230 is an output transistor.

差動トランジスタ対200は、図12では、nチャンネルMOSトランジスタM1N、M2Nが対応し、図13では、pチャンネルMOSトランジスタM1P、M2Pが対応する。   The differential transistor pair 200 corresponds to the n-channel MOS transistors M1N and M2N in FIG. 12, and corresponds to the p-channel MOS transistors M1P and M2P in FIG.

電流源210は、図12では、電流源I1N、nチャンネルMOSトランジスタM5N、M6N、M7Nが対応し、図13では、電流源I1P、pチャンネルMOSトランジスタM5P、M6P、M7Pが対応する。   The current source 210 corresponds to the current source I1N and the n-channel MOS transistors M5N, M6N, and M7N in FIG. 12, and corresponds to the current source I1P and the p-channel MOS transistors M5P, M6P, and M7P in FIG.

カレントミラー220は、図12では、pチャンネルMOSトランジスタM3P、M4Pが対応し、図13では、nチャンネルMOSトランジスタM3N、M4Nが対応する。   The current mirror 220 corresponds to the p-channel MOS transistors M3P and M4P in FIG. 12, and corresponds to the n-channel MOS transistors M3N and M4N in FIG.

出力トランジスタ230は、図12では、出力MOSトランジスタM8Pが対応し、図13では、出力MOSトランジスタM8Nが対応する。   The output transistor 230 corresponds to the output MOS transistor M8P in FIG. 12, and corresponds to the output MOS transistor M8N in FIG.

さらに、従来、電子機器に用いられ、半導体集積回路上に集積可能な演算増幅器については特開昭61-148906号公報の第1図に開示されている。図15に特開昭61-148906号公報の第1図に相当する図を示す。図15において、図12および図13と同様の機能を有するものには同じ符号を付している。この図15の演算増幅器は、図12の演算増幅器と図13の演算増幅器とを並列に結合した構造を有している。ただし、図12および図13にあったnチャンネルMOSトランジスタM7NとpチャンネルMOSトランジスタM7Pとが省かれている。   Further, an operational amplifier that has been conventionally used in electronic equipment and can be integrated on a semiconductor integrated circuit is disclosed in FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 61-148906. FIG. 15 shows a view corresponding to FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 61-148906. 15, components having the same functions as those in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals. The operational amplifier of FIG. 15 has a structure in which the operational amplifier of FIG. 12 and the operational amplifier of FIG. 13 are coupled in parallel. However, the n-channel MOS transistor M7N and the p-channel MOS transistor M7P shown in FIGS. 12 and 13 are omitted.

図15の演算増幅器を図10で示した演算増幅器のブロックで表すと、図14のようになる。図14において、OPNは入力MOSトランジスタをnチャンネルMOSトランジスタで構成した演算増幅器(図12の演算増幅器に対応する)、OPPは入力MOSトランジスタをpチャンネルMOSトランジスタで構成した演算増幅器(図13の演算増幅器に対応する)である。図14の演算増幅器がソースとして働くときは、演算増幅器OPNが作動し、シンクとして働くときは演算増幅器OPPが作動する。   The operational amplifier of FIG. 15 is represented by the operational amplifier block shown in FIG. 10 as shown in FIG. In FIG. 14, OPN is an operational amplifier whose input MOS transistor is an n-channel MOS transistor (corresponding to the operational amplifier of FIG. 12), and OPP is an operational amplifier whose input MOS transistor is a p-channel MOS transistor (operation of FIG. 13). Corresponding to the amplifier). When the operational amplifier of FIG. 14 acts as a source, the operational amplifier OPN is activated, and when it acts as a sink, the operational amplifier OPP is activated.

さらに、従来、電子機器に用いられ、半導体集積回路上に集積可能な演算増幅器については、米国特許第6,188,284号明細書の図3に、ライン駆動回路として開示されている。図16は米国特許第6,188,284号明細書の図3に示されたライン駆動回路である。図16において、AMPは増幅器であり、VIN−およびVIN+は入力端子である。増幅器OP100と出力MOSトランジスタM8Pとは演算増幅器OPN1を構成する。増幅器OP111と出力MOSトランジスタM81Pとは演算増幅器OPN2を構成する。増幅器OP200と出力MOSトランジスタM8Nは演算増幅器OPP1を構成する。増幅器OP211と出力MOSトランジスタM81Nは演算増幅器OPP2を構成する。   Further, an operational amplifier that is conventionally used in electronic equipment and can be integrated on a semiconductor integrated circuit is disclosed as a line drive circuit in FIG. 3 of US Pat. No. 6,188,284. FIG. 16 shows a line driving circuit shown in FIG. 3 of US Pat. No. 6,188,284. In FIG. 16, AMP is an amplifier, and VIN− and VIN + are input terminals. The amplifier OP100 and the output MOS transistor M8P constitute an operational amplifier OPN1. The amplifier OP111 and the output MOS transistor M81P constitute an operational amplifier OPN2. The amplifier OP200 and the output MOS transistor M8N constitute an operational amplifier OPP1. The amplifier OP211 and the output MOS transistor M81N constitute an operational amplifier OPP2.

図16を演算増幅器のブロックで示すと図17となる。図17において、OPN1、OPN2はnチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器、OPP1、OPP2はpチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器である。演算増幅器OPN1と演算増幅器OPP1とはAB級動作する。演算増幅器OPN2と演算増幅器OPP2はAB級動作からB級動作へ動作域をシフトさせるための、動作切り替え電圧が入力差動増幅器部分に設定された演算増幅器で構成されている。つまり、演算増幅器OPN2と演算増幅器OPP2は、信号レベルが大きい場合だけ電流出力する演算増幅器であり、B級動作する。
特開昭61−148906号公報 米国特許第6,188,284号明細書 CMOS Analog Circuit Design (1987年)、 著者 Philip E. Allen, Douglas R. Holberg、 出版社 Saunders College Publishing Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Third Edition)(1993年)、 著者 Paul R. Gray, Robert G. Meyer、 出版社John Wiley & Sons, Inc.
FIG. 16 is a block diagram of the operational amplifier shown in FIG. In FIG. 17, OPN1 and OPN2 are operational amplifiers using n-channel MOS transistors as input transistors, and OPP1 and OPP2 are operational amplifiers using p-channel MOS transistors as input transistors. The operational amplifier OPN1 and the operational amplifier OPP1 perform class AB operation. The operational amplifier OPN2 and the operational amplifier OPP2 are composed of operational amplifiers whose operation switching voltages are set in the input differential amplifier portion for shifting the operation range from the class AB operation to the class B operation. That is, the operational amplifier OPN2 and the operational amplifier OPP2 are operational amplifiers that output a current only when the signal level is high, and perform a class B operation.
JP-A-61-148906 US Pat. No. 6,188,284 CMOS Analog Circuit Design (1987), author Philip E. Allen, Douglas R. Holberg, publisher Saunders College Publishing Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Third Edition) (1993), author Paul R. Gray, Robert G. Meyer, publisher John Wiley & Sons, Inc.

従来、電子機器に用いられ、半導体集積回路上に集積可能な演算増幅器においては、ダイナミックな(動的な)動作時の負荷への十分な電流供給と、スタティックな(静的な)動作時の消費電力の低減と、オフセットの低減と、歪みの低減とが課題であった。   Conventionally, in an operational amplifier that is used in an electronic device and can be integrated on a semiconductor integrated circuit, a sufficient current is supplied to a load during a dynamic operation and a static operation is performed. Reductions in power consumption, offset, and distortion were problems.

例えば、図12のnチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器では、出力のソース電流を大きくするには、出力MOSトランジスタM8Pのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM8Pのゲート長のサイズを小さくしなければならない。   For example, in the operational amplifier using the n-channel MOS transistor of FIG. 12 as the input transistor, in order to increase the output source current, the size of the gate width of the output MOS transistor M8P or the gate length of the output MOS transistor M8P is increased. The size must be reduced.

しかしながら、システム(回路設計上動作中心)のオフセットを小さくするには、出力MOSトランジスタM8Pのサイズに応じてMOSトランジスタM7Nの電流を増加しなければならない。   However, in order to reduce the offset of the system (operation center in circuit design), the current of the MOS transistor M7N must be increased according to the size of the output MOS transistor M8P.

この結果、システムのオフセットの性能を維持しながら、つまりシステムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証するためにスタティックな動作の消費電力が増大してしまう。また、出力のシンク電流は電流源を構成するnチャンネルMOSトランジスタM7Nの電流量で制限される。   As a result, the power consumption of the static operation increases in order to guarantee the dynamic operation while maintaining the system offset performance, that is, keeping the system offset small. The output sink current is limited by the amount of current of the n-channel MOS transistor M7N constituting the current source.

ここで、評価回路を図18に示す。この評価回路は、演算増幅器OPの典型的な使用状態を評価するためのものである。図18において、Rは負荷抵抗を示している。Vsinは入力信号を示している。Vrefは、演算増幅器動作用基準電圧源の電圧を示している。この電圧Vrefは、例えば、(1/2)VDDに設定される。   Here, an evaluation circuit is shown in FIG. This evaluation circuit is for evaluating a typical use state of the operational amplifier OP. In FIG. 18, R represents a load resistance. Vsin represents an input signal. Vref represents the voltage of the operational amplifier operation reference voltage source. This voltage Vref is set to (1/2) VDD, for example.

図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図19に示す。   FIG. 19 shows the relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R.

図19は、nチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする図12の演算増幅器における、入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を示している。図19では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力信号電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が大きいところでは、出力信号電流IOUTが飽和している。   FIG. 19 shows the relationship between the input signal voltage VIN and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R in the operational amplifier of FIG. 12 using an n-channel MOS transistor as an input transistor. In FIG. 19, the output signal current IOUT is illustrated corresponding to each of a plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. Where the instantaneous value of the input signal voltage VIN is large, the output signal current IOUT is saturated.

例えば、図13のpチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器では出力のシンク電流を大きくするには、出力MOSトランジスタM8Nのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM8Nのゲート長のサイズを小さくしなければならない。   For example, in the operational amplifier having the p-channel MOS transistor of FIG. 13 as an input transistor, in order to increase the output sink current, the size of the gate width of the output MOS transistor M8N or the size of the gate length of the output MOS transistor M8N is increased. Must be reduced.

しかしながら、システムのオフセットを小さくするには、出力MOSトランジスタM8Nのサイズに応じてMOSトランジスタM7Pの電流を増加しなければならない。   However, in order to reduce the system offset, the current of the MOS transistor M7P must be increased according to the size of the output MOS transistor M8N.

この結果、システムのオフセットの性能を維持しながら、つまりシステムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証するためにスタティックな動作の消費電力が増大してしまう。また、出力のソース電流は電流源を構成するpチャンネルMOSトランジスタM7Pの電流量で制限される。   As a result, the power consumption of the static operation increases in order to guarantee the dynamic operation while maintaining the system offset performance, that is, keeping the system offset small. The output source current is limited by the amount of current of the p-channel MOS transistor M7P constituting the current source.

図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図20に示す。   FIG. 20 shows the relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R.

図20は、pチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする図13の演算増幅器における、入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を示している。図20では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力信号電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が大きいところでは、出力信号電流IOUTが飽和している。   FIG. 20 shows the relationship between the input signal voltage VIN and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R in the operational amplifier of FIG. 13 using a p-channel MOS transistor as an input transistor. In FIG. 20, the output signal current IOUT is shown corresponding to each of the plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. Where the instantaneous value of the input signal voltage VIN is large, the output signal current IOUT is saturated.

例えば、図15の演算増幅器では出力の電流を大きくするには、出力MOSトランジスタM8Nと出力MOSトランジスタM8Pのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM8Nと出力MOSトランジスタM8Pのゲート長のサイズを小さくしなければならない。   For example, in the operational amplifier of FIG. 15, in order to increase the output current, the size of the gate width of the output MOS transistor M8N and the output MOS transistor M8P is increased, or the size of the gate length of the output MOS transistor M8N and the output MOS transistor M8P. Must be reduced.

しかしながら、システムのオフセットを小さくするには、出力MOSトランジスタのM8N、M8Pの電流をトランジスタの電流能力に応じて増加しなければならない。   However, in order to reduce the system offset, the currents of the output MOS transistors M8N and M8P must be increased according to the current capability of the transistors.

この結果、システムのオフセットの性能を維持しながら、つまりシステムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証するためにスタティックな動作の消費電力が増大してしまう。   As a result, the power consumption of the static operation increases in order to guarantee the dynamic operation while maintaining the system offset performance, that is, keeping the system offset small.

図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図21に示している。   The relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R is shown in FIG.

図21では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力信号電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が大きいところでは、出力信号電流IOUTが飽和している。   In FIG. 21, the output signal current IOUT is illustrated corresponding to each of a plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. Where the instantaneous value of the input signal voltage VIN is large, the output signal current IOUT is saturated.

上記したように、図15の演算増幅器では出力の電流を大きくするには、出力MOSトランジスタM8Nと出力MOSトランジスタM8Pのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM8Nと出力MOSトランジスタM8Pのゲート長のサイズを小さくすればよい。また、スタティックな動作の消費電力を小さくするには、スタティックな状態で出力MOSトランジスタM8N、M8Pをオフにすればよい。   As described above, in the operational amplifier of FIG. 15, in order to increase the output current, the gate width size of the output MOS transistor M8N and the output MOS transistor M8P is increased or the gates of the output MOS transistor M8N and the output MOS transistor M8P are increased. What is necessary is just to reduce the size of the length. In order to reduce the power consumption of the static operation, the output MOS transistors M8N and M8P may be turned off in the static state.

しかしながら、演算増幅器はB級動作となり、小信号の通過が許されなくなる。これは信号の歪みを発生してしまう。   However, the operational amplifier is in class B operation and small signals are not allowed to pass. This causes signal distortion.

図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図22に示す。   FIG. 22 shows the relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R.

図22では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力信号電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が大きいところでも、出力信号電流IOUTが飽和していない。しかしながら、入力信号電圧VINの瞬時値の小さいところで、信号が通過しない状態となっている。   In FIG. 22, the output signal current IOUT is illustrated corresponding to each of the plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. Even when the instantaneous value of the input signal voltage VIN is large, the output signal current IOUT is not saturated. However, the signal does not pass when the instantaneous value of the input signal voltage VIN is small.

例えば、図16の演算増幅器では出力の電流を大きくするには、出力MOSトランジスタM81Nと出力MOSトランジスタM81Pのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM81Nと出力MOSトランジスタM81Pのゲート長のサイズを小さくしなければならない。   For example, in the operational amplifier of FIG. 16, in order to increase the output current, the size of the gate width of the output MOS transistor M81N and the output MOS transistor M81P is increased, or the size of the gate length of the output MOS transistor M81N and the output MOS transistor M81P. Must be reduced.

また、出力MOSトランジスタのトランジスタサイズと電流源の最適化とによって、演算増幅器OPN1、OPP1それぞれのシステムのオフセットを個別に低減することができる。   Further, the system offsets of the operational amplifiers OPN1 and OPP1 can be individually reduced by optimizing the transistor size of the output MOS transistor and the current source.

さらに、演算増幅器OPN2、OPP2は、動作点にB級動作させるための動作域切り替え電圧を設定して、演算増幅器OPN1、OPP1と動作を分担させる。これにより、消費電流の低減とダイナミックな出力信号電流を確保できる。   Further, the operational amplifiers OPN2 and OPP2 set an operation range switching voltage for class B operation at the operating point, and share the operation with the operational amplifiers OPN1 and OPP1. Thereby, reduction of consumption current and dynamic output signal current can be secured.

しかしながら、演算増幅器OPN1と演算増幅器OPN2のそれぞれのランダムな(デバイスの相対ばらつきによる)オフセット電圧と、演算増幅器OPN2をB級動作させる動作域切り替え電圧との間には相関がない。また、演算増幅器OPP1と演算増幅器OPP2のそれぞれのランダムなオフセット電圧と、演算増幅器OPP2をB級動作させるための動作域切り替え電圧との間には相関がない。ここで、演算増幅器OPN1のランダムなオフセット電圧の分散による3σ値をVON1、演算増幅器OPN2のランダムなオフセット電圧の分散による3σ値をVON2とし、動作分担を与える演算増幅器OPN2のB級動作させるための動作域切り替え電圧をVONABとすると、
VONAB>VON1+VON2
とする条件が必要となる。
However, there is no correlation between the random offset voltages (due to relative variations in devices) of the operational amplifier OPN1 and the operational amplifier OPN2 and the operation region switching voltage that causes the operational amplifier OPN2 to perform class B operation. Further, there is no correlation between the random offset voltages of the operational amplifiers OPP1 and OPP2 and the operation region switching voltage for operating the operational amplifier OPP2 in class B. Here, the 3σ value resulting from the dispersion of the random offset voltage of the operational amplifier OPN1 is VON1, the 3σ value resulting from the dispersion of the random offset voltage of the operational amplifier OPN2 is VON2, and the operational amplifier OPN2 that gives the operation sharing is operated for class B operation. If the operating area switching voltage is VONAB,
VONAB> VON1 + VON2
The following conditions are required.

また、演算増幅器OPP1のランダムなオフセット電圧の分散による3σ値をVOP1、演算増幅器OPP2のランダムなオフセット電圧の分散による3σ値をVOP2とし、演算増幅器OPP2をB級動作させるための動作域切り替え電圧をVOPABとすると、
VOPAB>VOP1+VOP2
とする条件が必要となる。
Also, the 3σ value due to the dispersion of the random offset voltage of the operational amplifier OPP1 is VOP1, the 3σ value due to the dispersion of the random offset voltage of the operational amplifier OPP2 is VOP2, and the operation region switching voltage for operating the operational amplifier OPP2 in class B is If it is VOPAB,
VOPAB> VOP1 + VOP2
The following conditions are required.

もしこの関係が守れないと、確実に演算増幅器の動作分担が行うことができず、出力信号の歪みが大きくなり、演算増幅器OPN2と演算増幅器OPP2の出力トランジスタが動作して、演算増幅器OPN2と演算増幅器OPP2消費電流が増大する製品が、製造上のばらつきにより、出現する。   If this relationship is not observed, the operational amplifiers cannot be reliably shared, the output signal distortion increases, the output transistors of the operational amplifier OPN2 and the operational amplifier OPP2 operate, and the operational amplifier OPN2 operates. Products with increased current consumption of the amplifier OPP2 appear due to manufacturing variations.

上記設計条件を守った図16に示す演算増幅器において、図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図23に示す。   FIG. 23 shows the relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R in the operational amplifier shown in FIG.

図23では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力信号電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が大きいところでも、出力信号電流IOUTが飽和していない。また、入力信号電圧VINの瞬時値の小さいところでも、信号が通過する状態となっている。   In FIG. 23, the output signal current IOUT is shown corresponding to each of a plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. Even when the instantaneous value of the input signal voltage VIN is large, the output signal current IOUT is not saturated. In addition, the signal passes through even where the instantaneous value of the input signal voltage VIN is small.

また、そのときの周波数スペクトル図を図24に示す。図24からわかるように、出力信号電流IOUTに歪が多く、高調波成分のレベルが高くなっている。   A frequency spectrum diagram at that time is shown in FIG. As can be seen from FIG. 24, the output signal current IOUT is distorted and the level of the harmonic component is high.

このように、出力信号電流IOUTに歪が多く、高調波成分のレベルが高くなっているのは、製造時のバラツキを考慮してB級増幅動作をさせるための動作域切り替え電圧を大きめに設定していて、小信号が通過しにくくなるからであると考えられる。   As described above, the output signal current IOUT is distorted and the level of the harmonic component is high because the operating range switching voltage for performing the class B amplification operation is set to be large in consideration of the variation at the time of manufacture. This is considered to be because small signals are difficult to pass.

したがって、本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ダイナミックな動作時の負荷への十分な電流供給と、スタティックな動作時の消費電力の低減と、オフセットの低減と、歪みの低減とが可能な演算増幅器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and provides sufficient current supply to the load during dynamic operation, power consumption during static operation, offset reduction, and distortion reduction. It is an object to provide an operational amplifier capable of performing

上記課題を解決するために、本発明の演算増幅器は、差動トランジスタ対と、差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第1および第2の電圧出力端より出力する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段の第1および第2の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2の出力トランジスタとを備え、第1の出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、第2の出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域である。   In order to solve the above-described problems, an operational amplifier according to the present invention converts a differential transistor pair and an output current flowing through one transistor of the differential transistor pair into a voltage and outputs the voltage from first and second voltage output terminals. Current voltage conversion means, and first and second output transistors having control terminals connected to the first and second voltage output terminals of the current voltage conversion means, and the operating range of the first output transistor is A The second output transistor is in the class B amplification operation region.

この構成によれば、A級増幅動作域で動作する第1の出力トランジスタと並列的に、B級増幅動作域で動作する第2の出力トランジスタを設けたので、第1の出力トランジスタの電流容量を小さく設定し、第2の出力トランジスタの電流容量を大きく設定することにより、システムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証し、かつスタティックな動作の消費電力を削減することができ、しかも歪を少なく抑えることができる。また、A級動作をする演算増幅器とB級動作をする演算増幅器とを並列的に設けるのとは異なり、演算増幅器の内部で出力トランジスタを複数設けて、一つはA級増幅動作域で動作させ、残りはB級増幅動作域で動作させるので、A級増幅動作部分とB級増幅動作部分の特性のバラツキが少なく、したがってB級動作増幅動作域で動作させるための動作域切り替え電圧を最小限に小さく設定することができ、B級増幅動作部分でも、小信号が通過しやすくなり、歪をさらに少なくできる。   According to this configuration, since the second output transistor that operates in the class B amplification operation region is provided in parallel with the first output transistor that operates in the class A amplification operation region, the current capacity of the first output transistor Can be set small and the current capacity of the second output transistor can be set large so that dynamic operation can be guaranteed and static operation power consumption can be reduced while keeping the system offset small. In addition, distortion can be reduced. Also, unlike providing an operational amplifier for class A operation and an operational amplifier for class B operation in parallel, a plurality of output transistors are provided inside the operational amplifier, one operating in the class A amplification operating range. Since the rest is operated in the class B amplification operation region, there is little variation in the characteristics of the class A amplification operation portion and the class B amplification operation portion, and therefore the operation region switching voltage for operation in the class B operation amplification operation region is minimized. It can be set as small as possible, and even in the class B amplification operation portion, a small signal can easily pass through, and distortion can be further reduced.

上記構成の演算増幅器においては、第1の出力トランジスタがA級増幅動作域で動作するように、電流電圧変換手段の第1の電圧出力端の電圧を設定し、電流電圧変換手段の第2の電圧出力端の電圧を、電流電圧変換手段の第1の電圧出力端の電圧に対して、動作域をA級増幅動作域からB級増幅動作域に切り換えるための動作域切り換え電圧を重畳した電圧に設定することが好ましい。   In the operational amplifier configured as described above, the voltage at the first voltage output terminal of the current-voltage conversion means is set so that the first output transistor operates in the class A amplification operation region, and the second voltage of the current-voltage conversion means is set. A voltage obtained by superimposing an operating region switching voltage for switching the operating region from the class A amplification operating region to the class B amplification operating region with respect to the voltage at the first voltage output terminal of the current-voltage conversion means. It is preferable to set to.

上記構成においては、電流電圧変換手段は、例えば差動トランジスタ対が、第1の入力トランジスタと、この第1の入力トランジスタと入力差動対を構成する第2および第3の入力トランジスタとからなる。また、電流電圧変換手段は、差動トランジスタ対の第1の入力トランジスタにカレントミラー入力トランジスタが直列接続され、差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタにそれぞれ第1および第2のカレントミラー出力トランジスタが直列接続されたカレントミラーからなる。そして、差動トランジスタ対の第2の入力トランジスタとカレントミラーの第1のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が第1の出力トランジスタの制御端子に接続され、差動トランジスタ対の第3の入力トランジスタとカレントミラーの第2のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が第2の出力トランジスタの制御端子に接続され、動作域切り換え電圧は、差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタのサイズを互いに異ならせることにより生成している。   In the above configuration, the current-voltage conversion means includes, for example, a differential transistor pair including a first input transistor and second and third input transistors that form an input differential pair with the first input transistor. . The current-voltage conversion means includes a current mirror input transistor connected in series to the first input transistor of the differential transistor pair, and the first and second currents respectively connected to the second and third input transistors of the differential transistor pair. It consists of a current mirror in which mirror output transistors are connected in series. The connection point between the second input transistor of the differential transistor pair and the first current mirror output transistor of the current mirror is connected to the control terminal of the first output transistor, and the third input transistor of the differential transistor pair. And the second current mirror output transistor of the current mirror are connected to the control terminal of the second output transistor, and the operating area switching voltage is the size of the second and third input transistors of the differential transistor pair. They are generated by making them different from each other.

また、上記構成においては、電流電圧変換手段は、以下のような構成でもよい。すなわち、差動トランジスタ対が、第1の入力トランジスタと、この第1の入力トランジスタと入力差動対を構成する第2および第3の入力トランジスタとからなる。また、電流電圧変換手段は、差動トランジスタ対の第1の入力トランジスタにカレントミラー入力トランジスタが直列接続され、差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタにそれぞれ第1および第2のカレントミラー出力トランジスタが直列接続されたカレントミラーからなる。そして、差動トランジスタ対の第2の入力トランジスタとカレントミラーの第1のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が第1の出力トランジスタの制御端子に接続され、差動トランジスタ対の第3の入力トランジスタとカレントミラーの第2のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が第2の出力トランジスタの制御端子に接続され、動作域切り換え電圧は、カレントミラーの第1および第2のカレントミラー出力トランジスタのサイズを互いに異ならせることにより生成している。   In the above configuration, the current-voltage conversion means may have the following configuration. That is, the differential transistor pair includes a first input transistor and second and third input transistors that form an input differential pair with the first input transistor. The current-voltage conversion means includes a current mirror input transistor connected in series to the first input transistor of the differential transistor pair, and the first and second currents respectively connected to the second and third input transistors of the differential transistor pair. It consists of a current mirror in which mirror output transistors are connected in series. The connection point between the second input transistor of the differential transistor pair and the first current mirror output transistor of the current mirror is connected to the control terminal of the first output transistor, and the third input transistor of the differential transistor pair. And the second current mirror output transistor of the current mirror is connected to the control terminal of the second output transistor, and the operating area switching voltage is the size of the first and second current mirror output transistors of the current mirror. They are generated by making them different from each other.

上記構成においては、第2の出力トランジスタが複数設けられていてもよい。   In the above configuration, a plurality of second output transistors may be provided.

上記構成においては、差動トランジスタ対はnチャンネルMOSトランジスタまたはpチャンネルMOSトランジスタで構成される。   In the above configuration, the differential transistor pair is formed of an n-channel MOS transistor or a p-channel MOS transistor.

本発明の演算増幅器は、nチャンネル型差動トランジスタ対と、nチャンネル型差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第1および第2の電圧出力端より出力する第1の電流電圧変換手段と、第1の電流電圧変換手段の第1および第2の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2のpチャンネル出力トランジスタと、pチャンネル型差動トランジスタ対と、pチャンネル型差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第3および第4の電圧出力端より出力する第2の電流電圧変換手段と、第2の電流電圧変換手段の第3および第4の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2のnチャンネル出力トランジスタとを備え、第1のpチャンネル出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、第2のpチャンネル出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域であり、第1のnチャンネル出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、第2のnチャンネル出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域である。   The operational amplifier according to the present invention converts the output current flowing through the n-channel differential transistor pair and one of the n-channel differential transistor pair into a voltage and outputs the voltage from the first and second voltage output terminals. 1 current-voltage converting means, first and second p-channel output transistors having control terminals connected to first and second voltage output terminals of the first current-voltage converting means, and p-channel differential transistors A second current-voltage conversion means for converting an output current flowing through one transistor of the pair and a p-channel type differential transistor pair into a voltage and outputting the voltage from the third and fourth voltage output terminals; a second current voltage First and second n-channel output transistors having control terminals connected to the third and fourth voltage output terminals of the conversion means, and a first p-channel output transistor The operating range of the first n-channel output transistor is the class A amplification operating range, and the operating range of the second n-channel output transistor is the class A amplification operating range. The operating region of the second n-channel output transistor is a class B amplification operating region.

この構成によれば、A級増幅動作域で動作する第1のnチャンネル出力トランジスタと並列的に、B級増幅動作域で動作する第2のnチャンネル出力トランジスタを設け、A級増幅動作域で動作する第1のpチャンネル出力トランジスタと並列的に、B級増幅動作域で動作する第2のpチャンネル出力トランジスタを設けたので、第1のnチャンネル出力トランジスタおよび第1のpチャンネル出力トランジスタの電流容量を小さく設定し、第2のnチャンネル出力トランジスタおよび第2のpチャンネル出力トランジスタの電流容量を大きく設定することにより、システムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証し、かつスタティックな動作の消費電力を削減することができ、しかも歪を少なく抑えることができる。また、A級動作をする演算増幅器とB級動作をする演算増幅器とを並列的に設けるのとは異なり、演算増幅器の内部で出力トランジスタを複数設けて、一つはA級増幅動作域で動作させ、残りはB級増幅動作域で動作させるので、A級増幅動作部分とB級増幅動作部分の特性のバラツキが少なく、したがってB級動作増幅動作域で動作させるための動作域切り替え電圧を最小限に小さく設定することができ、B級増幅動作部分でも、小信号が通過しやすくなり、歪をさらに少なくできる。   According to this configuration, the second n-channel output transistor that operates in the class B amplification operation region is provided in parallel with the first n-channel output transistor that operates in the class A amplification operation region. Since the second p-channel output transistor operating in the class B amplification operation region is provided in parallel with the operating first p-channel output transistor, the first n-channel output transistor and the first p-channel output transistor By setting the current capacity to be small and setting the current capacity of the second n-channel output transistor and the second p-channel output transistor to be large, it is possible to guarantee dynamic operation while keeping the system offset small, and Static power consumption can be reduced, and distortion can be reduced. That. Also, unlike providing an operational amplifier for class A operation and an operational amplifier for class B operation in parallel, a plurality of output transistors are provided inside the operational amplifier, one operating in the class A amplification operating range. Since the rest is operated in the class B amplification operation region, there is little variation in the characteristics of the class A amplification operation portion and the class B amplification operation portion, and therefore the operation region switching voltage for operation in the class B operation amplification operation region is minimized. It can be set as small as possible, and even in the class B amplification operation portion, a small signal can easily pass through, and distortion can be further reduced.

本発明の演算増幅器によれば、A級増幅動作域で動作する出力トランジスタとB級増幅動作域で動作する出力トランジスタとを設け、これらを並列的に動作させるようにしたので、ダイナミックな動作時の負荷への十分な電流供給と、スタティックな動作時の消費電力の低減と、オフセットの低減と、歪みの低減とが可能な優れた演算増幅器を実現できるものである。   According to the operational amplifier of the present invention, the output transistor that operates in the class A amplification operation region and the output transistor that operates in the class B amplification operation region are provided and operated in parallel. It is possible to realize an excellent operational amplifier capable of supplying a sufficient current to the load, reducing power consumption during static operation, reducing offset, and reducing distortion.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の演算増幅器の回路図を示すものである。図1において、OPNNはnチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器、OPNPはpチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器である。in1−は演算増幅器OPNNの負の極性を有する入力端子、in1+、in2+は演算増幅器OPNNの正の極性を有する入力端子、out1は正の極性を有する入力端子in1+に対応する演算増幅器OPNNの出力端子、out2は正の極性を有する入力端子in2+に対応する演算増幅器OPNNの出力端子である。in2−は演算増幅器OPNPの負の極性を有する入力端子、in3+、in4+は演算増幅器OPNPの正の極性有する入力端子、out3は正の極性を有する入力端子in3+に対応する演算増幅器OPNPの出力端子、out4は正の極性を有する入力端子in4+に対応する演算増幅器OPNPの出力端子である。   FIG. 1 shows a circuit diagram of an operational amplifier according to the present invention. In FIG. 1, OPNN is an operational amplifier using an n-channel MOS transistor as an input transistor, and OPNP is an operational amplifier using a p-channel MOS transistor as an input transistor. in1- is an input terminal having a negative polarity of the operational amplifier OPNN, in1 + and in2 + are input terminals having a positive polarity of the operational amplifier OPNN, and out1 is an output terminal of the operational amplifier OPNN corresponding to the input terminal in1 + having a positive polarity. , Out2 are output terminals of the operational amplifier OPNN corresponding to the input terminal in2 + having a positive polarity. in2- is an input terminal having a negative polarity of the operational amplifier OPNP, in3 +, in4 + are input terminals having a positive polarity of the operational amplifier OPNP, out3 is an output terminal of the operational amplifier OPNP corresponding to the input terminal in3 + having a positive polarity, out4 is an output terminal of the operational amplifier OPNP corresponding to the input terminal in4 + having a positive polarity.

演算増幅器OPNNと演算増幅器OPNPとから演算増幅器OPが構成される。演算増幅器OPNNの入力端子in1−と演算増幅器OPNPの入力端子in2−とから演算増幅器OPの負の極性を有する入力端子in−が構成される。演算増幅器OPNNの入力端子in1+、in2+と演算増幅器OPNPのin3+、in4+とから演算増幅器OPの正の極性を有する入力端子in+が構成される。演算増幅器OPNNの出力端子OUT1、OUT2と、演算増幅器OPNPの出力端子OUT3、OUT4から、演算増幅器OPの出力端子OUTが構成される。   An operational amplifier OP is composed of the operational amplifier OPNN and the operational amplifier OPNP. An input terminal in− having a negative polarity of the operational amplifier OP is constituted by the input terminal in1− of the operational amplifier OPNN and the input terminal in2- of the operational amplifier OPNP. An input terminal in + having a positive polarity of the operational amplifier OP is constituted by the input terminals in1 + and in2 + of the operational amplifier OPNN and in3 + and in4 + of the operational amplifier OPNP. The output terminals OUT1 and OUT2 of the operational amplifier OPNN and the output terminals OUT3 and OUT4 of the operational amplifier OPNP constitute an output terminal OUT of the operational amplifier OP.

図2は図1の構成部品である演算増幅器OPN(例えば、図1の演算増幅器OPNN)のブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram of an operational amplifier OPN (for example, the operational amplifier OPNN of FIG. 1) which is a component of FIG.

図3は演算増幅器OPNのより詳細な構成を示すブロック図である。図3において、100は負の極性を有する1個の入力端子in1−と正の極性を有する2個の入力端子in1+、in2+とを有する差動トランジスタ対である。110は電流源、120は電流電圧変換回路、130は入力端子in1+に対応した出力トランジスタ、140は入力端子in2+に対応した出力トランジスタである。   FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed configuration of the operational amplifier OPN. In FIG. 3, reference numeral 100 denotes a differential transistor pair having one input terminal in1- having a negative polarity and two input terminals in1 +, in2 + having a positive polarity. 110 is a current source, 120 is a current-voltage conversion circuit, 130 is an output transistor corresponding to the input terminal in1 +, and 140 is an output transistor corresponding to the input terminal in2 +.

差動トランジスタ対100は、第1の入力トランジスタと、この第1の入力トランジスタと入力差動対を構成する第2および第3の入力トランジスタとからなる(図4、図5参照)。電流電圧変換回路120は、カレントミラーからなり、第2および第3の入力トランジスタに流れる電流をそれぞれ電圧に変換する機能を有する。出力トランジスタ130は第2の入力トランジスタに対応して設けられ、出力トランジスタ140は第3の入力トランジスタに対応して設けられている。出力トランジスタ130はA級増幅動作域で動作し、出力トランジスタ140は、B級増幅動作域で動作する。   The differential transistor pair 100 includes a first input transistor and second and third input transistors that form an input differential pair with the first input transistor (see FIGS. 4 and 5). The current-voltage conversion circuit 120 includes a current mirror, and has a function of converting currents flowing through the second and third input transistors into voltages. The output transistor 130 is provided corresponding to the second input transistor, and the output transistor 140 is provided corresponding to the third input transistor. The output transistor 130 operates in the class A amplification operation region, and the output transistor 140 operates in the class B amplification operation region.

上記構成の演算増幅器においては、出力トランジスタ130がA級増幅動作域で動作するように、電流電圧変換回路120の出力トランジスタ130に対応した電圧出力端の電圧を設定し、電流電圧変換回路120の出力トランジスタ140に対応した電圧出力端の電圧を、電流電圧変換回路の出力トランジスタ130に対応した電圧出力端の電圧に対して、動作域をA級増幅動作域からB級増幅動作域に切り換えるための動作域切り換え電圧を重畳した電圧に設定している。   In the operational amplifier having the above configuration, the voltage at the voltage output terminal corresponding to the output transistor 130 of the current-voltage conversion circuit 120 is set so that the output transistor 130 operates in the class A amplification operation region. To switch the voltage at the voltage output terminal corresponding to the output transistor 140 from the class A amplification operation area to the class B amplification operation area with respect to the voltage at the voltage output terminal corresponding to the output transistor 130 of the current-voltage conversion circuit. The operating range switching voltage is set to the superimposed voltage.

この構成によれば、A級増幅動作域で動作する出力トランジスタ130と並列的に、B級増幅動作域で動作する出力トランジスタ140を設けたので、出力トランジスタ130の電流容量を小さく設定し、出力トランジスタ140の電流容量を大きく設定することにより、システムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作を保証し、かつスタティックな動作の消費電力を削減することができ、しかも歪を少なく抑えることができる。また、A級動作をする演算増幅器とB級動作をする演算増幅器とを並列的に設けるのとは異なり、演算増幅器の内部に複数の出力トランジスタ130、140を設けて、一つはA級増幅動作域で動作させ、残りはB級増幅動作域で動作させるので、A級増幅動作部分とB級増幅動作部分の特性のバラツキが少なく、したがってB級動作増幅動作域で動作させるための動作域切り替え電圧を最小限に小さく設定することができ、B級増幅動作部分でも、小信号が通過しやすくなり、歪をさらに少なくできる。   According to this configuration, the output transistor 140 that operates in the class B amplification operation region is provided in parallel with the output transistor 130 that operates in the class A amplification operation region. By setting the current capacity of the transistor 140 large, it is possible to guarantee dynamic operation while keeping the system offset small, reduce the power consumption of static operation, and reduce distortion. it can. Further, unlike providing an operational amplifier that performs class A operation and an operational amplifier that performs class B operation in parallel, a plurality of output transistors 130 and 140 are provided inside the operational amplifier, one of which is a class A amplification. Since the operation is performed in the operation region and the rest is operated in the class B amplification operation region, there is little variation in the characteristics of the class A amplification operation portion and the class B amplification operation portion, and thus the operation region for operation in the class B operation amplification operation region. The switching voltage can be set to a minimum, and a small signal can easily pass through even in the class B amplification operation portion, and distortion can be further reduced.

図4はnチャンネルMOSトランジスタを入力差動トランジスタとするCMOS構成の演算増幅器OPNNの回路例を示す。図4において、VDDは電源印加端子、VSSは接地端子、in−は演算増幅器の負の極性を有する入力端子、in1+、in2+は演算増幅器の正の極性を有する2つの入力端子、out1、out2は演算増幅器の2つの出力端子である。   FIG. 4 shows a circuit example of an operational amplifier OPNN having a CMOS configuration in which an n-channel MOS transistor is an input differential transistor. In FIG. 4, VDD is a power supply terminal, VSS is a ground terminal, in− is an input terminal having a negative polarity of the operational amplifier, in1 + and in2 + are two input terminals having a positive polarity of the operational amplifier, and out1 and out2 are Two output terminals of the operational amplifier.

I1Nは演算増幅器を動作させる電流源、M1N、M2N、M21Nは差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M3P、M4P、M41Pは電流電圧変換回路として機能するカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M5N、M6N、M7Nは電流源I1Nのカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M8P、M81Pはpチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1N、C11Nは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。   I1N is a current source that operates an operational amplifier, M1N, M2N, and M21N are n-channel MOS transistors that form a differential pair, M3P, M4P, and M41P are p-channel MOS transistors that form a current mirror that functions as a current-voltage conversion circuit, M5N, M6N, and M7N are n-channel MOS transistors that constitute a current mirror of the current source I1N, M8P and M81P are p-channel output MOS transistors, and C1N and C11N are capacitors for preventing oscillation of the operational amplifier.

出力MOSトランジスタM8PはA級増幅動作域で動作するようにゲート電圧が設定され、出力MOSトランジスタM81PはB級増幅動作域で動作するように、出力MOSトランジスタM8Pのゲート電圧に対して、動作域切り替え電圧が重畳された電圧にゲート電圧が設定されている。   The output MOS transistor M8P has a gate voltage set to operate in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81P has an operation region with respect to the gate voltage of the output MOS transistor M8P so as to operate in the class B amplification operation region. The gate voltage is set to the voltage on which the switching voltage is superimposed.

カレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM3P、M4P、M41Pは、差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタM1N、M2N、M21Nにおいて、nチャンネルMOSトランジスタM2N、M21Nに流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を構成している。   The p-channel MOS transistors M3P, M4P, and M41P constituting the current mirror are current voltages that convert the current flowing through the n-channel MOS transistors M2N and M21N into voltages in the n-channel MOS transistors M1N, M2N, and M21N constituting the differential pair. A conversion circuit is configured.

図5はpチャンネルMOSトランジスタを入力差動トランジスタとするCMOS構成の演算増幅器OPNPの回路例を示す。図5において、VDDは電源印加端子、VSSは接地端子、in−は演算増幅器の負の極性を有する入力端子、in1+、in2+は演算増幅器の正の極性を有する2つの入力端子、out1、out2は演算増幅器の2つの出力端子である。   FIG. 5 shows a circuit example of an operational amplifier OPNP having a CMOS configuration in which a p-channel MOS transistor is an input differential transistor. In FIG. 5, VDD is a power supply terminal, VSS is a ground terminal, in− is an input terminal having a negative polarity of an operational amplifier, in1 + and in2 + are two input terminals having a positive polarity of the operational amplifier, and out1 and out2 are Two output terminals of the operational amplifier.

I1Pは演算増幅器を動作させる電流源、M1P、M2P、M21Pは差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M3N、M4N、M41Nは電流電圧変換回路として機能するカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M5P、M6P、M7Pは電流源I1Pのカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M8N、M81Nはnチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1P、C11Pは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。   I1P is a current source that operates an operational amplifier, M1P, M2P, and M21P are p-channel MOS transistors that form a differential pair, M3N, M4N, and M41N are n-channel MOS transistors that form a current mirror that functions as a current-voltage conversion circuit, M5P, M6P, and M7P are p-channel MOS transistors that constitute the current mirror of the current source I1P, M8N and M81N are n-channel output MOS transistors, and C1P and C11P are capacitors for preventing oscillation of the operational amplifier.

出力MOSトランジスタM8NはA級増幅動作域で動作するようにゲート電圧が設定され、出力MOSトランジスタM81NはB級増幅動作域で動作するように、出力MOSトランジスタM8Nのゲート電圧に対して、動作域切り替え電圧が重畳された電圧にゲート電圧が設定されている。   The output MOS transistor M8N has a gate voltage set to operate in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81N operates in the operation region with respect to the gate voltage of the output MOS transistor M8N so as to operate in the class B amplification operation region. The gate voltage is set to the voltage on which the switching voltage is superimposed.

カレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタM3N、M4N、M41Nは、差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタM1P、M2P、M21Pにおいて、pチャンネルMOSトランジスタM2P、M21Pに流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を構成している。   The n-channel MOS transistors M3N, M4N, and M41N that constitute the current mirror are current voltages that convert the current flowing through the p-channel MOS transistors M2P and M21P into voltages in the p-channel MOS transistors M1P, M2P, and M21P that constitute the differential pair. A conversion circuit is configured.

さらに、図6は図4の演算増幅器と図5の演算増幅器とを結合した演算増幅器の回路例を示す。図6において、VDDは電源印加端子、VSSは接地端子、in−は演算増幅器の負の極性を有する入力端子、in+は演算増幅器の正の極性を有する入力端子、outは演算増幅器の出力端子である。入力端子in+は、図4および図5の入力端子in1+、in2+を共通接続したものである。出力端子outは図4および図5の出力端子out1、out2を共通接続したものである。   6 shows a circuit example of an operational amplifier in which the operational amplifier of FIG. 4 and the operational amplifier of FIG. 5 are combined. In FIG. 6, VDD is a power supply terminal, VSS is a ground terminal, in− is an input terminal having a negative polarity of the operational amplifier, in + is an input terminal having a positive polarity of the operational amplifier, and out is an output terminal of the operational amplifier. is there. The input terminal in + is obtained by commonly connecting the input terminals in1 + and in2 + in FIGS. The output terminal out is obtained by commonly connecting the output terminals out1 and out2 of FIGS.

I1Nは演算増幅器を動作させる電流源、M1N、M2N、M21Nは差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M3P、M4P、M41Pは電流電圧変換回路として機能するカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M5N、M6N、M7Nは電流源I1Nのカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M8P、M81Pはpチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1N、C11Nは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。   I1N is a current source that operates an operational amplifier, M1N, M2N, and M21N are n-channel MOS transistors that form a differential pair, M3P, M4P, and M41P are p-channel MOS transistors that form a current mirror that functions as a current-voltage conversion circuit, M5N, M6N, and M7N are n-channel MOS transistors that constitute a current mirror of the current source I1N, M8P and M81P are p-channel output MOS transistors, and C1N and C11N are capacitors for preventing oscillation of the operational amplifier.

I1Pは演算増幅器を動作させる電流源、M1P、M2P、M21Pは差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M3N、M4N、M41Nは電流電圧変換回路として機能するカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタ、M5P、M6P、M7Pは電流源I1Pのカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタ、M8N、M81Nはnチャンネル型の出力MOSトランジスタ、C1P、C11Pは演算増幅器の発振を防止するためのコンデンサである。   I1P is a current source that operates an operational amplifier, M1P, M2P, and M21P are p-channel MOS transistors that form a differential pair, M3N, M4N, and M41N are n-channel MOS transistors that form a current mirror that functions as a current-voltage conversion circuit, M5P, M6P, and M7P are p-channel MOS transistors that constitute the current mirror of the current source I1P, M8N and M81N are n-channel output MOS transistors, and C1P and C11P are capacitors for preventing oscillation of the operational amplifier.

出力MOSトランジスタM8PはA級増幅動作域で動作するようにゲート電圧が設定され、小さい電流を流すことができればよいので、そのサイズは小さく設定されている。また、出力MOSトランジスタM81PはB級増幅動作域で動作するように、出力MOSトランジスタM8Pのゲート電圧に対して、動作域切り替え電圧が重畳された電圧にゲート電圧が設定され、また大きな電流を流すことができるように、大きなサイズに設定されている。   The output MOS transistor M8P is set to a small size because the gate voltage is set so that it operates in the class A amplification operation region and a small current can flow. Further, the output MOS transistor M81P is set to a voltage in which the operation region switching voltage is superimposed on the gate voltage of the output MOS transistor M8P so that the output MOS transistor M81P operates in the class B amplification operation region, and a large current flows. It is set to a large size so that it can.

出力MOSトランジスタM8NはA級増幅動作域で動作するようにゲート電圧が設定され、小さい電流を流すことができればよいので、そのサイズは小さく設定されている。また、出力MOSトランジスタM81NはB級増幅動作域で動作するように、出力MOSトランジスタM8Nのゲート電圧に対して、動作域切り替え電圧が重畳された電圧にゲート電圧が設定され、また大きな電流を流すことができるように、大きなサイズに設定されている。   The output MOS transistor M8N has a gate voltage set so as to operate in the class A amplification operation region and only needs to be able to flow a small current. Further, the output MOS transistor M81N is set to a voltage in which the operation region switching voltage is superimposed on the gate voltage of the output MOS transistor M8N so that the output MOS transistor M81N operates in the class B amplification operation region, and a large current flows. It is set to a large size so that it can.

カレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM3P、M4P、M41Pは、差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタM1N、M2N、M21Nにおいて、nチャンネルMOSトランジスタM2N、M21Nに流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を構成している。   The p-channel MOS transistors M3P, M4P, and M41P constituting the current mirror are current voltages that convert the current flowing through the n-channel MOS transistors M2N and M21N into voltages in the n-channel MOS transistors M1N, M2N, and M21N constituting the differential pair. A conversion circuit is configured.

カレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタM3N、M4N、M41Nは、差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタM1P、M2P、M21Pにおいて、pチャンネルMOSトランジスタM2P、M21Pに流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を構成している。   The n-channel MOS transistors M3N, M4N, and M41N that constitute the current mirror are current voltages that convert the current flowing through the p-channel MOS transistors M2P and M21P into voltages in the p-channel MOS transistors M1P, M2P, and M21P that constitute the differential pair. A conversion circuit is configured.

以上のように構成された本発明の演算増幅器について、以下図6を用いてその動作を説明する。図4および図5のCMOS演算増幅器の動作については、図6の動作説明で代用する。基本的な動作については、図12および図13に示した先行技術と同様である。先行技術との違いは、A級動作をする出力トランジスタM8P、M8Nの他に、B級動作をする出力トランジスタM81P、M81Nが追加され、それに対応して、差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタM21N、pチャンネルMOSトランジスタM21P、カレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM41P、nチャンネルMOSトランジスタM41Nが追加された点である。   The operation of the operational amplifier of the present invention configured as described above will be described below with reference to FIG. The operation of the CMOS operational amplifier of FIGS. 4 and 5 is substituted by the operation description of FIG. The basic operation is the same as that of the prior art shown in FIGS. The difference from the prior art is that in addition to the output transistors M8P and M8N performing class A operation, output transistors M81P and M81N performing class B operation are added, and correspondingly, n-channel MOS transistors constituting a differential pair M21N, a p-channel MOS transistor M21P, a p-channel MOS transistor M41P that constitutes a current mirror, and an n-channel MOS transistor M41N are added.

この構成により、小信号はA級動作をする出力トランジスタM8P、M8Nが主として増幅し、大信号はB級動作をする出力トランジスタM81P、M81Nが主として増幅することになる。   With this configuration, the small signals are mainly amplified by the output transistors M8P and M8N performing class A operation, and the large signals are mainly amplified by the output transistors M81P and M81N performing class B operation.

図6において、nチャンネルMOSトランジスタM21Nは、nチャンネルMOSトランジスタM1Nとで差動対を構成し、pチャンネルMOSトランジスタM41PはnチャンネルMOSトランジスタM21Nに対応してカレントミラーを構成する。このpチャンネルMOSトランジスタM41Pは、nチャンネルMOSトランジスタM21Nを流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路として動作する。   In FIG. 6, an n-channel MOS transistor M21N forms a differential pair with an n-channel MOS transistor M1N, and a p-channel MOS transistor M41P forms a current mirror corresponding to the n-channel MOS transistor M21N. The p-channel MOS transistor M41P operates as a current-voltage conversion circuit that converts the current flowing through the n-channel MOS transistor M21N into a voltage.

pチャンネルMOSトランジスタM21Pは、pチャンネルMOSトランジスタM1Pとで差動対を構成し、nチャンネルMOSトランジスタM41NはpチャンネルMOSトランジスタM21Pに対応してカレントミラーを構成する。このnチャンネルMOSトランジスタM41Nは、pチャンネルMOSトランジスタM21Pを流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路として動作する。   The p-channel MOS transistor M21P forms a differential pair with the p-channel MOS transistor M1P, and the n-channel MOS transistor M41N forms a current mirror corresponding to the p-channel MOS transistor M21P. The n-channel MOS transistor M41N operates as a current-voltage conversion circuit that converts the current flowing through the p-channel MOS transistor M21P into a voltage.

ここで、出力MOSトランジスタM8P、M8Nのトランジスタサイズと電流源となるnチャンネルMOSトランジスタM7NおよびpチャンネルMOSトランジスタM7Pの最適化とによって、演算増幅器OPNN、OPNPそれぞれのランダムなオフセットを個別に低減することができる。ここで、大きい電流は、出力MOSトランジスタM81P、M81Nに分担させるので、出力MOSトランジスタM8P、M8Nについては、あまり大きい電流を流せなくてもよいので、サイズ的に小さいものでよい。したがって、nチャンネルMOSトランジスタM7NおよびpチャンネルMOSトランジスタM7Pについても、小さいサイズでよいことになる。その結果、スタティックな動作時の電力消費を少なくすることができる。   Here, the random offsets of the operational amplifiers OPNN and OPNP are individually reduced by optimizing the transistor sizes of the output MOS transistors M8P and M8N and the n-channel MOS transistor M7N and the p-channel MOS transistor M7P as current sources. Can do. Here, since the large current is shared by the output MOS transistors M81P and M81N, the output MOS transistors M8P and M8N do not need to flow a very large current, and may be small in size. Therefore, the n channel MOS transistor M7N and the p channel MOS transistor M7P may be small in size. As a result, power consumption during static operation can be reduced.

図6の演算増幅器では出力の電流を大きくするには出力MOSトランジスタM81Nと出力MOSトランジスタM81Pのゲート幅のサイズを大きくするか、出力MOSトランジスタM81Nと出力MOSトランジスタM81Pのゲート長のサイズを小さくすればよい。   In the operational amplifier of FIG. 6, in order to increase the output current, the gate width size of the output MOS transistor M81N and the output MOS transistor M81P is increased, or the gate length size of the output MOS transistor M81N and the output MOS transistor M81P is decreased. That's fine.

演算増幅器OPNNにおいて、出力MOSトランジスタM81PをB級動作させるためには、差動対のバランスに重みを付ける方法と、カレントミラーのトランジスタ対に重みを付ける方法の2通りある。   In the operational amplifier OPNN, there are two ways to operate the output MOS transistor M81P in class B: a method of weighting the balance of the differential pair and a method of weighting the transistor pair of the current mirror.

出力MOSトランジスタM81Pは入力差動トランジスタであるnチャンネルMOSトランジスタM21Nのサイズを入力差動トランジスタであるnチャンネルMOSトランジスタM2Nのサイズとは異ならせることでB級動作させるための動作域切り替え電圧が設定可能である。また、カレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM41Pのサイズを、カレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM4Pとは異ならせることで動作域切り替え電圧が設定可能である。   The output MOS transistor M81P sets an operating region switching voltage for class B operation by making the size of the n-channel MOS transistor M21N, which is an input differential transistor, different from the size of the n-channel MOS transistor M2N, which is an input differential transistor. Is possible. The operating region switching voltage can be set by making the size of the p-channel MOS transistor M41P constituting the current mirror different from that of the p-channel MOS transistor M4P constituting the current mirror.

つまり、nチャンネルMOSトランジスタM21Nのサイズを、nチャンネルMOSトランジスタM2Nのサイズとは異ならせることにより、出力MOSトランジスタM8P、M81Pのゲート電圧の間に、動作域切り替え電圧だけ差がでるようにし、それによって出力MOSトランジスタM8PはA級増幅動作域で動作させ、出力MOSトランジスタM81PはB級増幅動作域で動作させることができる。   In other words, by making the size of the n-channel MOS transistor M21N different from the size of the n-channel MOS transistor M2N, there is a difference between the gate voltages of the output MOS transistors M8P and M81P by the operating range switching voltage. Thus, the output MOS transistor M8P can be operated in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81P can be operated in the class B amplification operation region.

同様に、pチャンネルMOSトランジスタM41Pのサイズを、pチャンネルMOSトランジスタM4Pのサイズとは異ならせることにより、出力MOSトランジスタM8P、M81Pのゲート電圧の間に、動作域切り替え電圧だけ差がでるようにし、それによって出力MOSトランジスタM8PはA級増幅動作域で動作させ、出力MOSトランジスタM81PはB級増幅動作域で動作させることができる。   Similarly, by making the size of the p-channel MOS transistor M41P different from the size of the p-channel MOS transistor M4P, there is a difference between the gate voltages of the output MOS transistors M8P and M81P by the operating region switching voltage. Thereby, the output MOS transistor M8P can be operated in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81P can be operated in the class B amplification operation region.

演算増幅器OPNPにおいて、出力MOSトランジスタM81NをB級動作させるためには、上記と同様に、差動対のバランスに重みを付ける方法と、カレントミラーのトランジスタ対に重みを付ける方法の2通りある。   In the operational amplifier OPNP, in order to cause the output MOS transistor M81N to perform the class B operation, there are two methods, a method of weighting the balance of the differential pair and a method of weighting the transistor pair of the current mirror, as described above.

出力MOSトランジスタM81Nは入力差動トランジスタであるpチャンネルMOSトランジスタM21Pのサイズを入力差動トランジスタであるpチャンネルMOSトランジスタM2Pのサイズとは異ならせることでB級動作させるための動作域切り替え電圧が設定可能である。また、カレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタM41Nのサイズを、カレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタM4Nとは異ならせることで動作域切り替え電圧が設定可能である。   The output MOS transistor M81N sets an operating range switching voltage for class B operation by making the size of the p-channel MOS transistor M21P, which is an input differential transistor, different from the size of the p-channel MOS transistor M2P, which is an input differential transistor. Is possible. The operating region switching voltage can be set by making the size of the n-channel MOS transistor M41N constituting the current mirror different from the n-channel MOS transistor M4N constituting the current mirror.

つまり、pチャンネルMOSトランジスタM21Pのサイズを、pチャンネルMOSトランジスタM2Pのサイズとは異ならせることにより、出力MOSトランジスタM8N、M81Nのゲート電圧の間に、動作域切り替え電圧だけ差がでるようにし、それによって出力MOSトランジスタM8NはA級増幅動作域で動作させ、出力MOSトランジスタM81NはB級増幅動作域で動作させることができる。   In other words, by making the size of the p-channel MOS transistor M21P different from the size of the p-channel MOS transistor M2P, there is a difference between the gate voltages of the output MOS transistors M8N and M81N by the operating range switching voltage. Thus, the output MOS transistor M8N can be operated in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81N can be operated in the class B amplification operation region.

同様に、nチャンネルMOSトランジスタM41Nのサイズを、nチャンネルMOSトランジスタM4Nのサイズとは異ならせることにより、出力MOSトランジスタM8N、M81Nのゲート電圧の間に、動作域切り替え電圧だけ差がでるようにし、それによって出力MOSトランジスタM8NはA級増幅動作域で動作させ、出力MOSトランジスタM81NはB級増幅動作域で動作させることができる。   Similarly, by making the size of the n-channel MOS transistor M41N different from the size of the n-channel MOS transistor M4N, there is a difference between the gate voltages of the output MOS transistors M8N and M81N by the operating area switching voltage. Thereby, the output MOS transistor M8N can be operated in the class A amplification operation region, and the output MOS transistor M81N can be operated in the class B amplification operation region.

nチャンネルMOSトランジスタを入力差動トランジスタとする演算増幅器では、電流源のばらつき(図12のnチャンネルMOSトランジスタM6N)、差動対のばらつき(図12のnチャンネルMOSトランジスタM1NとnチャンネルMOSトランジスタM2N)、カレントミラーのばらつき(図12のpチャンネルMOSトランジスタM3PとpチャンネルMOSトランジスタM4P)が図17の演算増幅器OPN1と演算増幅器OPN2との間のランダムなオフセットのばらつきに寄与する。   In an operational amplifier using an n-channel MOS transistor as an input differential transistor, current source variation (n-channel MOS transistor M6N in FIG. 12) and differential pair variation (n-channel MOS transistor M1N and n-channel MOS transistor M2N in FIG. 12). ), Current mirror variations (p-channel MOS transistor M3P and p-channel MOS transistor M4P in FIG. 12) contribute to random offset variations between the operational amplifier OPN1 and the operational amplifier OPN2 in FIG.

pチャンネルMOSトランジスタを入力差動トランジスタとする演算増幅器では、電流源のばらつき(図13のpチャンネルMOSトランジスタM6P)、差動対のばらつき(図13のpチャンネルMOSトランジスタM1PとpチャンネルMOSトランジスタM2P)、カレントミラーのばらつき(図13のnチャンネルMOSトランジスタM3NとnチャンネルMOSトランジスタM4N)が図17の演算増幅器OPP1と演算増幅器OPP2との間のランダムなオフセットのばらつきに寄与する。   In an operational amplifier having a p-channel MOS transistor as an input differential transistor, current source variation (p-channel MOS transistor M6P in FIG. 13) and differential pair variation (p-channel MOS transistor M1P and p-channel MOS transistor M2P in FIG. 13). ), Current mirror variations (n-channel MOS transistor M3N and n-channel MOS transistor M4N in FIG. 13) contribute to random offset variations between the operational amplifiers OPP1 and OPP2 in FIG.

したがって、図17の演算増幅器では、それらのランダムなオフセット電圧を考慮し、十分な余裕を持ってB級動作させるためのオフセット電圧を決定しなければならない。これに対し、差動対を構成するトランジスタで、B級動作させるための動作域切り替え電圧を設定する場合、図17の演算増幅器とは異なり、差動対を構成するトランジスタ相互のばらつき、つまり、デバイス間のばらつきのみを考慮して動作域切り替え電圧を決定すればよい。しかも、差動対を構成するトランジスタは一つの半導体基板上に一体的に形成されるので、デバイス間のばらつきも極めて少なくできる。これにより、ランダムなオフセットの影響をほぼ受けなくなる。   Therefore, in the operational amplifier of FIG. 17, it is necessary to determine the offset voltage for class B operation with sufficient margin in consideration of these random offset voltages. On the other hand, when setting the operation region switching voltage for class B operation with the transistors constituting the differential pair, unlike the operational amplifier of FIG. 17, the variation between the transistors constituting the differential pair, that is, The operating region switching voltage may be determined in consideration of only the variation between devices. In addition, since the transistors constituting the differential pair are integrally formed on a single semiconductor substrate, variations between devices can be extremely reduced. Thereby, it becomes almost unaffected by random offset.

つまり、動作域切り替え電圧は、例えば、演算増幅器OPNNでは差動対を構成するnチャンネルMOSトランジスタM2NとnチャンネルMOSトランジスタM21Nの相互のばらつきにより決定される。また例えば、演算増幅器OPNPでは差動対を構成するpチャンネルMOSトランジスタM2PとpチャンネルMOSトランジスタM21Pの相互のばらつきに基づいて決定される。   In other words, the operating region switching voltage is determined by, for example, the mutual variation between the n-channel MOS transistor M2N and the n-channel MOS transistor M21N constituting the differential pair in the operational amplifier OPNN. Further, for example, in the operational amplifier OPNP, it is determined based on the mutual variation between the p-channel MOS transistor M2P and the p-channel MOS transistor M21P constituting the differential pair.

また、カレントミラーを構成するトランジスタで、B級動作させるための動作域切り替え電圧を設定する場合、図17の演算増幅器とは異なり、カレントミラーを構成するトランジスタ相互のばらつき、つまり、デバイス間のばらつきのみを考慮して動作域切り替え電圧を決定すればよい。しかも、差動対を構成するトランジスタは一つの半導体基板上に一体的に形成されるので、デバイス間のばらつきも極めて少なくできる。これにより、ランダムなオフセットの影響をほぼ受けなくなる。   In addition, when setting the operation region switching voltage for class B operation in the transistors constituting the current mirror, unlike the operational amplifier of FIG. 17, the variation among the transistors constituting the current mirror, that is, the variation between devices. It is only necessary to determine the operation region switching voltage considering only the above. In addition, since the transistors constituting the differential pair are integrally formed on a single semiconductor substrate, variations between devices can be extremely reduced. Thereby, it becomes almost unaffected by random offset.

つまり、動作域切り替え電圧は、例えば、演算増幅器OPNNではカレントミラーを構成するpチャンネルMOSトランジスタM4PとpチャンネルMOSトランジスタM41Pの相互のばらつきにより決定される。また例えば、演算増幅器OPNPではカレントミラーを構成するnチャンネルMOSトランジスタM4NとnチャンネルMOSトランジスタM41Nの相互のばらつきに基づいて決定される。   In other words, the operating region switching voltage is determined by, for example, the mutual variation between the p-channel MOS transistor M4P and the p-channel MOS transistor M41P constituting the current mirror in the operational amplifier OPNN. Further, for example, in the operational amplifier OPNP, it is determined based on the mutual variation between the n-channel MOS transistor M4N and the n-channel MOS transistor M41N constituting the current mirror.

したがって、図17に示した演算増幅器より小さい、B級動作させるための動作域切り替え電圧の設定が実現可能となる。これにより、出力信号の歪みを小さく抑えられる。したがって、ランダムなオフセットの影響を受けることなく、ダイナミックな動作のときは演算増幅器OPNNの出力MOSトランジスタM81Pと演算増幅器OPNPの出力MOSトランジスタM81Nが動作して大振幅を保証し、スタティックなときは演算増幅器OPNNの出力MOSトランジスタM81Pと演算増幅器OPNPの出力MOSトランジスタM81Nが停止し、出力MOSトランジスタM8Pと出力MOSトランジスタM8Nとが電流源に従い省電力で動作することができる。   Accordingly, it is possible to realize setting of the operation region switching voltage for class B operation, which is smaller than that of the operational amplifier shown in FIG. Thereby, distortion of an output signal can be suppressed small. Therefore, the output MOS transistor M81P of the operational amplifier OPNN and the output MOS transistor M81N of the operational amplifier OPNP operate in a dynamic operation without being affected by a random offset, and a large amplitude is guaranteed. The output MOS transistor M81P of the amplifier OPNN and the output MOS transistor M81N of the operational amplifier OPNP are stopped, and the output MOS transistor M8P and the output MOS transistor M8N can operate with power saving according to the current source.

また、演算増幅器OPの消費電流が増大するような製品が、製造上のばらつきにより、出現することはない。   In addition, products that increase the current consumption of the operational amplifier OP do not appear due to manufacturing variations.

図6に示す演算増幅器において、図18の評価回路を用いて測定した入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力信号電流IOUTの関係を図7に示す。   FIG. 7 shows the relationship between the input signal voltage VIN measured using the evaluation circuit of FIG. 18 and the output signal current IOUT flowing through the load resistor R in the operational amplifier shown in FIG.

図7は、nチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする図4の演算増幅器と、pチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする図5の演算増幅器とを組み合わせた、図6の演算増幅器における、入力信号電圧VINと負荷抵抗Rに流れる出力電流IOUTの関係を示している。図7では、振幅が異なる複数の入力信号電圧VINにそれぞれ対応して、出力電流IOUTが図示されている。入力信号電圧VINの瞬時値が小さいところでも、出力電流IOUTが現れている。つまり、小信号が十分に通過している。   FIG. 7 shows an input signal voltage VIN in the operational amplifier of FIG. 6 in which the operational amplifier of FIG. 4 having an n-channel MOS transistor as an input transistor and the operational amplifier of FIG. 5 having a p-channel MOS transistor as an input transistor are combined. And the output current IOUT flowing through the load resistor R is shown. In FIG. 7, the output current IOUT is illustrated corresponding to each of a plurality of input signal voltages VIN having different amplitudes. The output current IOUT appears even where the instantaneous value of the input signal voltage VIN is small. That is, a small signal has passed sufficiently.

さらに、その出力信号の周波数スペクトル図を図8に示す。図8からわかるように、出力電流IOUTに十分に歪が少なく、高調波成分のレベルが低くなっている。   Further, a frequency spectrum diagram of the output signal is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, the output current IOUT is sufficiently distorted and the level of the harmonic component is low.

以上のように、この実施の形態によれば、A級増幅動作域で動作する出力トランジスタM8N、M8Pと並列的に、B級増幅動作域で動作する出力トランジスタM81N、M81Pを設けたので、出力トランジスタM8N、M8Pの電流容量を小さく設定し、出力トランジスタM81N、M81Pの電流容量を大きく設定することにより、システムのオフセットを小さい状態に保ちながら、ダイナミックな動作時に負荷への十分な電流供給を保証し、かつスタティックな動作の消費電力を削減することができ、しかも歪を少なく抑えることができる。   As described above, according to this embodiment, the output transistors M81N and M81P operating in the class B amplification operation region are provided in parallel with the output transistors M8N and M8P operating in the class A amplification operation region. By setting the current capacities of the transistors M8N and M8P small and increasing the current capacities of the output transistors M81N and M81P, it is possible to guarantee sufficient current supply to the load during dynamic operation while keeping the system offset small. In addition, the power consumption of the static operation can be reduced, and the distortion can be reduced.

しかも、図17のように、A級動作をする演算増幅器とB級動作をする演算増幅器とを並列的に設けるのではなく、一つの演算増幅器内で、A級動作をする出力MOSトランジスタとB級動作をする出力MOSトランジスタとを並列的に設けるので、製造上のばらつきが図17の構成にくらべて少ない。したがって、B級動作をさせるための動作域切り替え電圧を決定する際のマージンを十分に小さくすることができる。その結果、B級動作をする出力MOSトランジスタにおいても、より小さい信号を通過させることが可能となり、出力信号の歪を十分に小さく抑えることができる。   In addition, as shown in FIG. 17, an operational amplifier that performs class A operation and an operational amplifier that performs class B operation are not provided in parallel, but an output MOS transistor that performs class A operation and B in a single operational amplifier. Since the output MOS transistor that performs the class operation is provided in parallel, the manufacturing variation is smaller than that in the configuration of FIG. Therefore, the margin when determining the operation region switching voltage for performing the class B operation can be sufficiently reduced. As a result, even in an output MOS transistor that performs a class B operation, a smaller signal can be passed, and distortion of the output signal can be sufficiently reduced.

なお、本実施の形態では演算増幅器の正の極性を有する入力端子および出力端子を各2個としたが、図9に示すように、B級動作させるための動作域切り替え電圧を複数個設定して、正の極性を有する入力端子および出力端子は各3個以上としてもよい。   In the present embodiment, the operational amplifier has two input terminals and two output terminals each having a positive polarity. However, as shown in FIG. 9, a plurality of operation region switching voltages for class B operation are set. The number of input terminals and output terminals having positive polarity may be three or more.

また、本実施の形態ではMOSトランジスタで演算増幅器を構成したが、バイポーラトランジスタでOTA形式の演算増幅器を構成してもよい。   In this embodiment, the operational amplifier is configured by a MOS transistor, but an OTA type operational amplifier may be configured by a bipolar transistor.

また、本実施の形態ではMOSトランジスタで演算増幅器を構成したが、BiCMOSトランジスタでOTA形式の演算増幅器を構成してもよい。   In this embodiment, the operational amplifier is configured by the MOS transistor, but an OTA type operational amplifier may be configured by the BiCMOS transistor.

本発明にかかる演算増幅器は、出力MOSトランジスタを有し、駆動回路等として有用である。また音響増幅器、映像信号増幅器、ライン駆動装置、モータ駆動装置等の用途にも応用できる。   The operational amplifier according to the present invention has an output MOS transistor and is useful as a drive circuit or the like. The present invention can also be applied to uses such as an acoustic amplifier, a video signal amplifier, a line driving device, and a motor driving device.

本発明の実施の形態の演算増幅器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the operational amplifier of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の演算増幅器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the operational amplifier of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の演算増幅器の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the operational amplifier of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、nチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the operational amplifier which uses an n channel MOS transistor as an input transistor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、pチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the operational amplifier which uses a p-channel MOS transistor as an input transistor in embodiment of this invention. 図4と図5の演算増幅器を組み合わせた演算増幅器の例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of an operational amplifier in which the operational amplifiers of FIGS. 4 and 5 are combined. 本発明の実施の形態における演算増幅器の電流波形(AB級動作)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the current waveform (AB class operation | movement) of the operational amplifier in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における演算増幅器の周波数スペクトル図である。It is a frequency spectrum figure of the operational amplifier in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態の演算増幅器の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the operational amplifier of embodiment of this invention. 従来の演算増幅器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional operational amplifier. 従来の演算増幅器の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the conventional operational amplifier. 従来のnチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the operational amplifier which uses the conventional n channel MOS transistor as an input transistor. 従来のpチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of an operational amplifier using a conventional p-channel MOS transistor as an input transistor. 特開昭61-148906号公報に開示された演算増幅器のブロック図である。1 is a block diagram of an operational amplifier disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-148906. 特開昭61-148906号公報に開示された演算増幅器の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an operational amplifier disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-148906. 米国特許第6,188,284号明細書に開示されたライン駆動装置のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a line driving device disclosed in US Pat. No. 6,188,284. 米国特許第6,188,284号明細書に開示された演算増幅器のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an operational amplifier disclosed in US Pat. No. 6,188,284. 演算増幅器を評価する評価回路の回路図である。It is a circuit diagram of the evaluation circuit which evaluates an operational amplifier. 従来のnチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の出力信号電流波形図である。It is an output signal current waveform diagram of an operational amplifier using a conventional n-channel MOS transistor as an input transistor. 従来のpチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器の出力信号電流波形図である。It is an output signal current waveform diagram of an operational amplifier using a conventional p-channel MOS transistor as an input transistor. 従来の演算増幅器の電流波形(AB級動作)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the current waveform (AB class operation | movement) of the conventional operational amplifier. 従来の演算増幅器の電流波形(B級動作)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the current waveform (B class operation | movement) of the conventional operational amplifier. 従来の演算増幅器の電流波形(AB級動作)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the current waveform (AB class operation | movement) of the conventional operational amplifier. 従来の演算増幅器の周波数スペクトル図を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the frequency spectrum figure of the conventional operational amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

OP、OPN: 演算増幅器
OPNN、OPN1、OPN2: nチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器
OPNP、OPP1、OPP2: pチャンネルMOSトランジスタを入力トランジスタとする演算増幅器
M1N〜M8N:nチャンネルMOSトランジスタ
M1P〜M8P:pチャンネルMOSトランジスタ
I1N、I1P: 電流源
C1P、C11P、C1N、C11N: コンデンサ
R : 負荷抵抗
Vsin: 入力信号電圧源
Vref: 演算増幅器動作用基準電圧源
OP, OPN: operational amplifiers OPNN, OPN1, OPN2: operational amplifiers with n-channel MOS transistors as input transistors OPNP, OPP1, OPP2: operational amplifiers with p-channel MOS transistors as input transistors M1N to M8N: n-channel MOS transistors M1P to M8P: p-channel MOS transistor I1N, I1P: current source C1P, C11P, C1N, C11N: capacitor R: load resistance Vsin: input signal voltage source Vref: reference voltage source for operational amplifier operation

Claims (8)

差動トランジスタ対と、
前記差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第1および第2の電圧出力端より出力する電流電圧変換手段と、
前記電流電圧変換手段の第1および第2の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2の出力トランジスタとを備え、
前記第1の出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、前記第2の出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域である演算増幅器。
A differential transistor pair;
Current-voltage conversion means for converting an output current flowing in one transistor of the differential transistor pair into a voltage and outputting the voltage from the first and second voltage output terminals;
First and second output transistors having control terminals connected to first and second voltage output terminals of the current-voltage conversion means,
An operational amplifier in which an operating range of the first output transistor is a class A amplification operating range and an operating range of the second output transistor is a class B amplification operating range.
第1の出力トランジスタがA級増幅動作域で動作するように、電流電圧変換手段の第1の電圧出力端の電圧を設定し、
前記電流電圧変換手段の第2の電圧出力端の電圧を、前記電流電圧変換手段の第1の電圧出力端の電圧に対して、動作域をA級増幅動作域からB級増幅動作域に切り換えるための動作域切り換え電圧を重畳した電圧に設定した請求項1記載の演算増幅器。
Setting the voltage at the first voltage output terminal of the current-voltage conversion means so that the first output transistor operates in the class A amplification operation region;
The operation range of the voltage at the second voltage output terminal of the current-voltage conversion means is switched from the class A amplification operation area to the class B amplification operation area with respect to the voltage at the first voltage output terminal of the current-voltage conversion means. The operational amplifier according to claim 1, wherein the operation region switching voltage for the operation is set to a superimposed voltage.
差動トランジスタ対が、第1の入力トランジスタと、この第1の入力トランジスタと入力差動対を構成する第2および第3の入力トランジスタとからなり、
電流電圧変換手段は、前記差動トランジスタ対の第1の入力トランジスタにカレントミラー入力トランジスタが直列接続され、前記差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタにそれぞれ第1および第2のカレントミラー出力トランジスタが直列接続されたカレントミラーからなり、
前記差動トランジスタ対の第2の入力トランジスタと前記カレントミラーの第1のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が前記第1の出力トランジスタの制御端子に接続され、前記差動トランジスタ対の第3の入力トランジスタと前記カレントミラーの第2のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が前記第2の出力トランジスタの制御端子に接続され、
動作域切り換え電圧は、前記差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタのサイズを互いに異ならせることにより生成している請求項2記載の演算増幅器。
The differential transistor pair includes a first input transistor, and second and third input transistors that form an input differential pair with the first input transistor,
In the current-voltage converter, a current mirror input transistor is connected in series to the first input transistor of the differential transistor pair, and the first and second currents are respectively connected to the second and third input transistors of the differential transistor pair. A mirror output transistor consists of a current mirror connected in series,
A connection point between the second input transistor of the differential transistor pair and the first current mirror output transistor of the current mirror is connected to a control terminal of the first output transistor, and a third point of the differential transistor pair A connection point between the input transistor and the second current mirror output transistor of the current mirror is connected to a control terminal of the second output transistor;
3. The operational amplifier according to claim 2, wherein the operating region switching voltage is generated by making the sizes of the second and third input transistors of the differential transistor pair different from each other.
差動トランジスタ対が、第1の入力トランジスタと、この第1の入力トランジスタと入力差動対を構成する第2および第3の入力トランジスタとからなり、
電流電圧変換手段は、差動トランジスタ対の第1の入力トランジスタにカレントミラー入力トランジスタが直列接続され、前記差動トランジスタ対の第2および第3の入力トランジスタにそれぞれ第1および第2のカレントミラー出力トランジスタが直列接続されたカレントミラーからなり、
前記差動トランジスタ対の第2の入力トランジスタと前記カレントミラーの第1のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が前記第1の出力トランジスタの制御端子に接続され、前記差動トランジスタ対の第3の入力トランジスタと前記カレントミラーの第2のカレントミラー出力トランジスタとの接続点が前記第2の出力トランジスタの制御端子に接続され、
動作域切り換え電圧は、前記カレントミラーの第1および第2のカレントミラー出力トランジスタのサイズを互いに異ならせることにより生成している請求項2記載の演算増幅器。
The differential transistor pair includes a first input transistor, and second and third input transistors that form an input differential pair with the first input transistor,
In the current-voltage conversion means, a current mirror input transistor is connected in series to the first input transistor of the differential transistor pair, and the first and second current mirrors are respectively connected to the second and third input transistors of the differential transistor pair. It consists of a current mirror with output transistors connected in series,
A connection point between the second input transistor of the differential transistor pair and the first current mirror output transistor of the current mirror is connected to a control terminal of the first output transistor, and a third point of the differential transistor pair A connection point between the input transistor and the second current mirror output transistor of the current mirror is connected to a control terminal of the second output transistor;
3. The operational amplifier according to claim 2, wherein the operating region switching voltage is generated by making the sizes of the first and second current mirror output transistors of the current mirror different from each other.
第2の出力トランジスタが複数設けられている請求項1記載の演算増幅器。   The operational amplifier according to claim 1, wherein a plurality of second output transistors are provided. 差動トランジスタ対がNチャネルMOSトランジスタで構成されている請求項1記載の演算増幅器。   2. The operational amplifier according to claim 1, wherein the differential transistor pair is composed of an N channel MOS transistor. 差動トランジスタ対がPチャネルMOSトランジスタで構成されている請求項1記載の演算増幅器。   2. The operational amplifier according to claim 1, wherein the differential transistor pair is composed of a P-channel MOS transistor. nチャンネル型差動トランジスタ対と、
前記nチャンネル型差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第1および第2の電圧出力端より出力する第1の電流電圧変換手段と、
前記第1の電流電圧変換手段の第1および第2の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2のpチャンネル出力トランジスタと、
pチャンネル型差動トランジスタ対と、
前記pチャンネル型差動トランジスタ対の片方のトランジスタに流れる出力電流を電圧に変換して第3および第4の電圧出力端より出力する第2の電流電圧変換手段と、
前記第2の電流電圧変換手段の第3および第4の電圧出力端に制御端子が接続された第1および第2のnチャンネル出力トランジスタとを備え、
前記第1のpチャンネル出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、前記第2のpチャンネル出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域であり、前記第1のnチャンネル出力トランジスタの動作域はA級増幅動作域であり、前記第2のnチャンネル出力トランジスタの動作域はB級増幅動作域である演算増幅器。
an n-channel differential transistor pair;
First current-voltage conversion means for converting an output current flowing through one transistor of the n-channel type differential transistor pair into a voltage and outputting the voltage from first and second voltage output terminals;
First and second p-channel output transistors having control terminals connected to first and second voltage output terminals of the first current-voltage converting means;
a p-channel differential transistor pair;
Second current-voltage conversion means for converting an output current flowing through one transistor of the p-channel type differential transistor pair into a voltage and outputting the voltage from the third and fourth voltage output terminals;
First and second n-channel output transistors having control terminals connected to the third and fourth voltage output terminals of the second current-voltage conversion means,
The operating region of the first p-channel output transistor is a class A amplification operating region, the operating region of the second p-channel output transistor is a class B amplification operating region, and the operation of the first n-channel output transistor is An operational amplifier in which a region is a class A amplification operation region and an operation region of the second n-channel output transistor is a class B amplification operation region.
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JP2017216729A (en) * 2012-01-24 2017-12-07 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 Mutual conductance amplification apparatus and system having power efficiency

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