JP2009200701A - Cmos differential amplifier circuit and semiconductor integrated circuit for power control - Google Patents

Cmos differential amplifier circuit and semiconductor integrated circuit for power control Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMOS differential amplifier circuit in which an input offset can be reduced and an operation point is easily set. <P>SOLUTION: The CMOS differential amplifier circuit includes: a differential input stage (11) provided with a pair of differential MOS transistors (Mp1, Mp2), a pair of load MOS transistors (Mn1, Mn2) respectively connected to the drain terminals of the differential MOS transistors, and a current source connected to the common source of the differential MOS transistors; and an output stage (12) provided with a pair of N-type MOS transistors (Mn3, Mn4) connected so as to receive the potential on the drain side of the differential MOS transistors at a gate terminal, a pair of P-type MOS transistors (Mp3, Mp4) which are serial with the respective MOS transistors, and have terminals connected to a first power supply voltage terminal, and a P-type MOS transistor (Mp5) and an N-type MOS transistor (Mn5) which are connected between the P-type MOS transistors and the N-type MOS transistors and to which a constant voltage is applied respectively at the gate terminals. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、CMOS差動増幅回路における入力オフセット低減技術に関し、例えばDC−DCコンバータのような直流電源装置を構成する電源制御用半導体集積回路に用いられフィードバック電圧を増幅する誤差増幅回路に利用して有効な技術に関する。   The present invention relates to an input offset reduction technique in a CMOS differential amplifier circuit, and is used, for example, in an error amplifier circuit for amplifying a feedback voltage used in a power supply control semiconductor integrated circuit constituting a DC power supply device such as a DC-DC converter. Related to effective technology.

制御用半導体集積回路に用いられフィードバック電圧を増幅する誤差増幅回路として、図4に示すようなCMOS差動増幅回路が知られている。図4に示されているCMOS差動増幅回路は、差動入力段11と出力段12とからなる。差動入力段11は、ソース共通接続された一対の差動MOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)Mp1,Mp2と、そのドレインに各々接続された負荷MOSトランジスタMn1,Mn2と、Mp1,Mp2の共通ソースと電源電圧VDDと間に接続された定電流源CIとを備える。   A CMOS differential amplifier circuit as shown in FIG. 4 is known as an error amplifier circuit used in a control semiconductor integrated circuit to amplify a feedback voltage. The CMOS differential amplifier circuit shown in FIG. 4 includes a differential input stage 11 and an output stage 12. The differential input stage 11 includes a pair of differential MOS transistors (insulated gate field effect transistors) Mp1 and Mp2 connected in common, load MOS transistors Mn1 and Mp2, and Mp1 and Mp2 respectively connected to the drains thereof. A constant current source CI connected between the common source and the power supply voltage VDD;

出力段12は、差動入力段11の負荷MOSトランジスタMn1,Mn2と各々カレントミラー接続されたMOSトランジスタMn3,Mn4と、Mn3,Mn4と電源電圧VDDと接地点との間にそれぞれ直列に接続されたMOSトランジスタMp3,Mp4とからなり、Mp3とMp4とをカレントミラー接続して、Mn3とMp3との接続ノードN1より出力を取り出すように構成されている。
特開平11−265600号公報 特開2005−12852号公報
The output stage 12 is connected in series between the load MOS transistors Mn1 and Mn2 of the differential input stage 11 and the MOS transistors Mn3 and Mn4 respectively connected in a current mirror manner, and between the Mn3 and Mn4, the power supply voltage VDD, and the ground point. The MOS transistors Mp3 and Mp4 are configured so that Mp3 and Mp4 are connected in a current mirror, and an output is taken out from a connection node N1 between Mn3 and Mp3.
JP 11-265600 A JP 2005-12852 A

差動増幅回路においては、入力オフセットを低減することが重要である。本発明者らが図4に示されているCMOS差動増幅回路を詳しく検討した結果、出力段12のMOSトランジスタMp3のドレイン電圧やMn4のドレイン電圧が、電源電圧VDDの変動等によって変動されやすく、その電圧に変動に伴うチャンネル変調効果で、無信号時にもMp3とMp4に等しい電流が流れず(I1≠I2)、入力オフセットが生じるという問題点があることを見出した。   In the differential amplifier circuit, it is important to reduce the input offset. As a result of detailed examination of the CMOS differential amplifier circuit shown in FIG. 4 by the present inventors, the drain voltage of the MOS transistor Mp3 and the drain voltage of Mn4 in the output stage 12 are likely to be fluctuated due to fluctuations in the power supply voltage VDD. It has been found that due to the channel modulation effect accompanying fluctuations in the voltage, a current equal to Mp3 and Mp4 does not flow even when there is no signal (I1 ≠ I2), causing an input offset.

なお、CMOS差動増幅回路における入力オフセット低減技術としては、例えば特許文献1や特許文献2に開示されているものがあるが、これらの発明と本願発明とは、オフセット低減のメカニズムが異なっている。   As an input offset reduction technique in a CMOS differential amplifier circuit, for example, there are those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, but the offset reduction mechanism is different between these inventions and the present invention. .

本発明の目的は、入力オフセットを低減できるとともに動作点の設定が容易に行なえるCMOS差動増幅回路を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a CMOS differential amplifier circuit that can reduce an input offset and can easily set an operating point.

本発明の他の目的は、電源制御用半導体集積回路に用いられる誤差増幅回路のように入力電圧の変動範囲が比較的狭い用途に使用して好適なCMOS差動増幅回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a CMOS differential amplifier circuit suitable for use in applications where the fluctuation range of the input voltage is relatively narrow, such as an error amplifier circuit used in a power supply control semiconductor integrated circuit. .

上記目的を達成するため、本発明は、ソース共通接続された一対の第1導電型の差動MOSトランジスタと、該差動MOSトランジスタのドレイン端子に各々接続された一対の第2導電型の負荷MOSトランジスタと、上記差動MOSトランジスタの共通ソースに接続された電流源と、を有する差動入力段と、上記差動MOSトランジスタのドレイン側の電位をゲート端子に受けるように接続された一対の第2導電型の第1、第2MOSトランジスタと、該第1、第2MOSトランジスタの各々と直列をなしソース端子が第1電源電圧端子に接続された一対の第1導電型の第3、第4MOSトランジスタと、該第3、第4MOSトランジスタと前記第1、第2MOSトランジスタとの間にそれぞれ接続されゲート端子に各々定電圧が印加された第1導電型の第5MOSトランジスタおよび第2導電型の第6MOSトランジスタと、を有する出力段と、によりCMOS差動増幅回路を構成するようにしたものである。   To achieve the above object, the present invention provides a pair of first conductivity type differential MOS transistors connected in common to a source, and a pair of second conductivity type loads connected to the drain terminals of the differential MOS transistors. A differential input stage having a MOS transistor and a current source connected to a common source of the differential MOS transistor, and a pair of drains connected to receive the potential on the drain side of the differential MOS transistor at the gate terminal First and second MOS transistors of the second conductivity type, and a pair of first and third MOS transistors of the first conductivity type in series with each of the first and second MOS transistors and having a source terminal connected to the first power supply voltage terminal A constant voltage is applied to each of the gate terminals connected to the transistors, the third and fourth MOS transistors, and the first and second MOS transistors. A first 6MOS transistor of the 5MOS transistor and the second conductivity type of a first conductivity type, and an output stage having a by is obtained so as to constitute a CMOS differential amplifier circuit.

ここで、望ましくは、上記第1および第2MOSトランジスタは、上記差動入力段の一対の負荷MOSトランジスタのそれぞれとカレントミラー接続された構成とする。さらに、望ましくは、上記第3と第4MOSトランジスタは、カレントミラー接続された構成とする。   Here, preferably, the first and second MOS transistors are configured in a current mirror connection with each of the pair of load MOS transistors in the differential input stage. More preferably, the third and fourth MOS transistors are configured to be current mirror connected.

上記構成によれば、入力オフセットを低減できるとともに動作点の設定が容易に行なえるCMOS差動増幅回路を実現することができる。   According to the above configuration, a CMOS differential amplifier circuit that can reduce the input offset and easily set the operating point can be realized.

さらに、上記第5および第6MOSトランジスタのゲート端子に印加される電圧は同一に設定する。これにより、第5および第6MOSトランジスタのゲート端子に印加される定電圧を生成する回路が簡略化される。   Further, the voltages applied to the gate terminals of the fifth and sixth MOS transistors are set to be the same. This simplifies the circuit that generates the constant voltage applied to the gate terminals of the fifth and sixth MOS transistors.

また、上記第1、第2MOSトランジスタと、第2電源電圧端子との間には、並列形態の容量および抵抗で構成された位相補償回路を接続する。これにより、フィードバックループに用いられた際に発振が起きにくくなる。   A phase compensation circuit composed of a parallel capacitor and resistor is connected between the first and second MOS transistors and the second power supply voltage terminal. This makes it difficult for oscillation to occur when used in a feedback loop.

本発明によると、入力オフセットを低減できるとともに動作点の設定が容易に行なえる。また、電源制御用半導体集積回路に用いられる誤差増幅回路のように入力電圧の変動範囲が比較的狭い用途に使用して好適なCMOS差動増幅回路を実現することができるという効果がある。   According to the present invention, the input offset can be reduced and the operating point can be easily set. Further, there is an effect that a CMOS differential amplifier circuit suitable for use in applications where the variation range of the input voltage is relatively narrow, such as an error amplifier circuit used in a power supply control semiconductor integrated circuit, can be realized.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係るCMOS差動増幅回路の一実施例を示す。
この実施例のCMOS差動増幅回路は、差動入力段11と出力段12とからなる。差動入力段11は、ソース共通接続された一対のPチャネル型の差動MOSトランジスタMp1,Mp2と、そのドレインに各々接続されたNチャネル型の負荷MOSトランジスタMn1,Mn2と、Mp1,Mp2の共通ソースと電源電圧VDDと間に接続された定電流源CIとを備える。
FIG. 1 shows an embodiment of a CMOS differential amplifier circuit according to the present invention.
The CMOS differential amplifier circuit of this embodiment comprises a differential input stage 11 and an output stage 12. The differential input stage 11 includes a pair of P-channel type differential MOS transistors Mp1 and Mp2 connected in common to each other, N-channel type load MOS transistors Mn1 and Mp2 connected to their drains, and Mp1 and Mp2, respectively. A constant current source CI connected between the common source and the power supply voltage VDD;

出力段12は、電源電圧VDDにソース端子が接続されるとともに互いにゲートが共通接続された一対のPチャネル型のMOSトランジスタMp3,Mp4と、差動入力段11の負荷MOSトランジスタMn1,Mn2と各々ゲートが共通接続されたMOSトランジスタMn3,Mn4と、該Mn3,Mn4と上記MOSトランジスタMp3,Mp4との間にそれぞれ直列に接続されたPチャネル型のMOSトランジスタMp5およびNチャネル型のMOSトランジスタMn5とからなる。   The output stage 12 includes a pair of P-channel MOS transistors Mp3 and Mp4 whose source terminals are connected to the power supply voltage VDD and whose gates are commonly connected to each other, and load MOS transistors Mn1 and Mn2 of the differential input stage 11, respectively. MOS transistors Mn3 and Mn4 whose gates are commonly connected, and a P-channel MOS transistor Mp5 and an N-channel MOS transistor Mn5 connected in series between the Mn3 and Mp4 and the MOS transistors Mp3 and Mp4, respectively Consists of.

上記入力段11の負荷MOSトランジスタMn1,Mn2は各々ゲートとドレインが結合され、Mn1は出力段のMOSトランジスタMn3とゲート同士が接続され、Mn2は出力段のMOSトランジスタMn4とゲート同士が接続されることでそれぞれカレントミラー回路を構成している。また、Mn3,Mn4のドレイン電流を供給するMOSトランジスタMp3とMp4も、Mp4のゲートとドレインが結合され、Mp3とMp4のゲート同士が接続されることでカレントミラー回路を構成している。   In the load MOS transistors Mn1 and Mn2 in the input stage 11, the gates and drains are coupled, Mn1 is connected to the gates of the output stage MOS transistors Mn3, and Mn2 is connected to the gates of the output stage MOS transistors Mn4 and Mn2. Thus, each current mirror circuit is configured. The MOS transistors Mp3 and Mp4 that supply the drain currents of Mn3 and Mn4 also form a current mirror circuit by connecting the gates and drains of Mp4 and connecting the gates of Mp3 and Mp4.

このように、カレントミラーMn2,Mn4で、それらのサイズ比に応じてMn2のドレイン電流に比例した電流が流れるMn4の電流I4を、Mp4,Mp3からなるカレントミラーで折り返して、折り返したMp3のドレイン電流I3を、入力段の負荷MOSトランジスタMn1とカレントミラー接続されたMn3に流すことで、動作点近傍すなわち電源電圧VDD(例えば5V)と接地電位(0V)の中間電位の近傍での直線性がすぐれた増幅回路が実現される。   In this way, the current I4 of Mn4 in which current proportional to the drain current of Mn2 flows according to the size ratio of the current mirrors Mn2 and Mn4 is folded by the current mirror composed of Mp4 and Mp3, and the drain of the folded Mp3 By causing the current I3 to flow through the input stage load MOS transistor Mn1 and Mn3 connected in a current mirror, linearity in the vicinity of the operating point, that is, in the vicinity of the intermediate potential between the power supply voltage VDD (for example, 5V) and the ground potential (0V) is obtained. An excellent amplifier circuit is realized.

さらに、この実施例では、Mn3とMp3との間およびMn4とMp4との間にそれぞれ接続されたMp5とMn5のゲート端子に定電圧Vaが印加されてゲート接地型のトランジスタとして動作するように構成され、Mp5とMn3との接続ノードN1を出力端子OUTに接続して出力を取り出すように構成されている。   Further, in this embodiment, the constant voltage Va is applied to the gate terminals of Mp5 and Mn5 connected between Mn3 and Mp3 and between Mn4 and Mp4, respectively, so that the transistor operates as a grounded gate type transistor. Then, the connection node N1 between Mp5 and Mn3 is connected to the output terminal OUT to take out the output.

Mp5とMn5のない図4に示されているような従来の差動増幅回路においては、出力段12のMOSトランジスタMp3のドレイン電圧とMn4のドレイン電圧(特にMp3のドレイン電圧)が、電源電圧VDDの変動等によって変動されやすく、その電圧に変動に伴うチャンネル変調効果で、無信号時にもMp3とMp4に等しい電流が流れず入力オフセットが生じていた。   In the conventional differential amplifier circuit as shown in FIG. 4 without Mp5 and Mn5, the drain voltage of the MOS transistor Mp3 in the output stage 12 and the drain voltage of Mn4 (particularly the drain voltage of Mp3) are the power supply voltage VDD. Due to the channel modulation effect accompanying the fluctuation of the voltage, current equal to Mp3 and Mp4 did not flow even when there was no signal, and an input offset occurred.

これに対し、本実施例の差動増幅回路においては、Mn3とMp3との間およびMn4とMp4との間にそれぞれMp5とMn5が接続され、そのゲート端子に定電圧Vaが印加されているため、Mp5とMn5によってMp3のドレイン電圧とMn4のドレイン電圧の変動が抑えられ、電位が安定化される。その結果、チャンネル変調効果でMp3,Mn4のドレイン電流が変化するのが抑えられ、入力オフセットが低減されるという効果が得られる。   In contrast, in the differential amplifier circuit of this embodiment, Mp5 and Mn5 are connected between Mn3 and Mp3 and between Mn4 and Mp4, respectively, and a constant voltage Va is applied to the gate terminal. , Mp5 and Mn5 suppress fluctuations in the drain voltage of Mp3 and the drain voltage of Mn4 and stabilize the potential. As a result, it is possible to suppress the change of the drain currents of Mp3 and Mn4 due to the channel modulation effect, and to obtain an effect that the input offset is reduced.

また、差動増幅回路においては、素子のばらつきで回路の動作点すなわち出力の振幅中心が目標値からずれてしまうという不具合があるが、本実施例の差動増幅回路においては、Mp5とMn5のゲート端子に印加する定電圧Vaを素子ばらつきに応じて調整することによって、動作点を容易に目標値に合わせ込むことができるようになるという利点がある。定電圧Vaは、電源電圧VDDが5Vの場合、5Vと接地電位である0Vとのほぼ中間の電位である2.5V前後であって、動作点すなわち出力の振幅中心として最適な値が選択される。後述のDC-DCコンバータにおける誤差アンプとして使用する場合、定電圧Vaの最適範囲は、2.0〜2.2Vであった。   Further, in the differential amplifier circuit, there is a problem that the circuit operating point, that is, the output amplitude center deviates from the target value due to variations in elements, but in the differential amplifier circuit of this embodiment, Mp5 and Mn5 There is an advantage that the operating point can be easily adjusted to the target value by adjusting the constant voltage Va applied to the gate terminal in accordance with the element variation. When the power supply voltage VDD is 5 V, the constant voltage Va is around 2.5 V, which is a substantially intermediate potential between 5 V and the ground potential of 0 V, and an optimum value is selected as the operating point, that is, the output amplitude center. The When used as an error amplifier in a later-described DC-DC converter, the optimum range of the constant voltage Va was 2.0 to 2.2V.

なお、上記実施例では、Mp5とMn5のゲート端子に同一の定電圧Vaを印加しているが、別々の定電圧を印加するように構成しても良い。それによって、より高精度に動作点を目標値に設定することが可能となる。ただし、別々の定電圧を印加するように構成すると、動作点を合わせ込む作業が非常に面倒となるので、上記実施例のようにMp5とMn5のゲート端子に同一の定電圧Vaを印加すれば充分な場合が多い。
(変形例)
図2に、上記実施例の差動増幅回路の変形例を示す。この変形例は、図1の差動増幅回路に、位相補償回路を追加して回路の位相余裕を大きくして発振が起こりにくくなるように構成したものである。具体的には、出力段のMOSトランジスタMn3,Mn4と接地点との間に抵抗R3,R4を接続するとともに、これらの抵抗R3,R4とそれぞれ並列に容量C1,C2を接続して位相補償回路を構成した。
In the above embodiment, the same constant voltage Va is applied to the gate terminals of Mp5 and Mn5, but separate constant voltages may be applied. Thereby, the operating point can be set to the target value with higher accuracy. However, if the configuration is such that different constant voltages are applied, the operation of matching the operating points becomes very troublesome, so if the same constant voltage Va is applied to the gate terminals of Mp5 and Mn5 as in the above embodiment. Often enough.
(Modification)
FIG. 2 shows a modification of the differential amplifier circuit of the above embodiment. In this modification, a phase compensation circuit is added to the differential amplifier circuit of FIG. 1 to increase the phase margin of the circuit so that oscillation does not easily occur. Specifically, resistors R3 and R4 are connected between the MOS transistors Mn3 and Mn4 in the output stage and the ground point, and capacitors C1 and C2 are connected in parallel with these resistors R3 and R4, respectively, to thereby provide a phase compensation circuit. Configured.

また、出力端子OUTと接地点との間にも抵抗R5と容量C3を直列に接続して位相補償回路とした。さらに、特に限定されるものではないが、出力段12の各MOSトランジスタのバイアス条件と差動入力段11の各MOSトランジスタのバイアス条件を合わせるため、入力段の負荷MOSトランジスタMn1,Mn2と接地点との間にも抵抗R1,R2を接続する構成とした。
(応用例)
図3には、上記実施例の差動増幅回路を使用して好適なシステムとしてのDC-DCコンバータの構成例を示す。図3は、スイッチング・レギュレータ方式のDC−DCコンバータであり、出力のフィードバック電圧を増幅する誤差アンプとして前記実施例の差動増幅回路が使用されている。
Further, a resistor R5 and a capacitor C3 are connected in series between the output terminal OUT and the ground point to form a phase compensation circuit. Further, although not particularly limited, in order to match the bias condition of each MOS transistor of the output stage 12 with the bias condition of each MOS transistor of the differential input stage 11, the load MOS transistors Mn1, Mn2 of the input stage and the ground point The resistors R1 and R2 are also connected between the two.
(Application example)
FIG. 3 shows a configuration example of a DC-DC converter as a suitable system using the differential amplifier circuit of the above embodiment. FIG. 3 shows a switching regulator type DC-DC converter, in which the differential amplifier circuit of the above embodiment is used as an error amplifier for amplifying an output feedback voltage.

図3のDC−DCコンバータは、インダクタとしてのコイルL1、直流入力電圧Vinが印加される電圧入力端子INと上記コイルL1の一方の端子との間に接続されコイルL1に向かって駆動電流を流し込むPチャネルMOSFETからなる駆動用スイッチトランジスタSW1、コイル端子と接地点との間に設けられたNチャネルMOSFETからなる同期整流用スイッチトランジスタSW2、これらのスイッチトランジスタSW1,SW2をオン、オフ制御するスイッチング制御回路20、上記コイルL1の他方の端子と接地点との間に接続された平滑用コンデンサC1を備える。   The DC-DC converter shown in FIG. 3 is connected between a coil L1 as an inductor, a voltage input terminal IN to which a DC input voltage Vin is applied, and one terminal of the coil L1, and a drive current flows into the coil L1. Driving switch transistor SW1 composed of a P-channel MOSFET, synchronous rectification switch transistor SW2 composed of an N-channel MOSFET provided between the coil terminal and the ground point, and switching control for controlling on / off of these switch transistors SW1 and SW2. The circuit 20 includes a smoothing capacitor C1 connected between the other terminal of the coil L1 and a ground point.

特に限定されるものではないが、DC−DCコンバータを構成する素子のうち、コイルL1および平滑用コンデンサC1以外の素子は1個の半導体チップ上に形成されている。すなわち、制御回路20およびスイッチング素子SW1,SW2は半導体集積回路(IC)として構成され、コイルL1およびコンデンサC1はこのICに設けられている外部端子に外付け素子として接続されるようになっている。   Although not particularly limited, elements other than the coil L1 and the smoothing capacitor C1 among elements constituting the DC-DC converter are formed on one semiconductor chip. That is, the control circuit 20 and the switching elements SW1 and SW2 are configured as a semiconductor integrated circuit (IC), and the coil L1 and the capacitor C1 are connected to external terminals provided in the IC as external elements. .

図3のDC−DCコンバータにおいては、トランジスタSW1とSW2を相補的にオン、オフさせるような駆動パルスがスイッチング制御回路20により生成されるようになっており、定常状態では、駆動用スイッチトランジスタSW1がオンされるとコイルL1に直流入力電圧Vinが印加されて出力端子へ向かう電流が流されて平滑用コンデンサC1が充電され、駆動用スイッチトランジスタSW1がオフされると代わって同期整流用スイッチトランジスタSW2がオンされ、このオンされたトランジスタSW2を通してコイルL1に電流が流される。そして、SW1の制御端子(ゲート端子)に入力される駆動パルスのパルス幅が出力のフィードバック電圧に応じて制御されることで、直流入力電圧Vinを降圧した直流出力電圧Voutが発生される。   In the DC-DC converter shown in FIG. 3, the switching control circuit 20 generates a driving pulse that complementarily turns on and off the transistors SW1 and SW2, and in a steady state, the driving switch transistor SW1. Is turned on, the DC input voltage Vin is applied to the coil L1, a current directed to the output terminal flows, the smoothing capacitor C1 is charged, and when the drive switch transistor SW1 is turned off, the synchronous rectification switch transistor is substituted. SW2 is turned on, and a current flows through the coil L1 through the turned-on transistor SW2. Then, the pulse width of the drive pulse input to the control terminal (gate terminal) of SW1 is controlled according to the output feedback voltage, so that the DC output voltage Vout obtained by stepping down the DC input voltage Vin is generated.

スイッチング制御回路20は、電圧フィードバック端子FBと接地点との間に直列に接続され抵抗比で出力電圧Voutを分圧するブリーダ抵抗R1,R2と、このブリーダ抵抗で分圧された電圧と参照電圧Vref1とを比較して電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプ21と、該誤差アンプ21の出力が非反転入力端子に入力されるPWM(パルス幅変調)コンパレータ22と、該PWMコンパレータ22から出力されるPWMパルスに基いて上記スイッチトランジスタSW1,SW2のゲートを駆動する信号を生成するドライバ回路23とを備えている。   The switching control circuit 20 is connected in series between the voltage feedback terminal FB and the ground point, and bleeder resistors R1 and R2 that divide the output voltage Vout by a resistance ratio, and the voltage divided by the bleeder resistor and the reference voltage Vref1. Are output from the PWM comparator 22, an error amplifier 21 that outputs a voltage corresponding to the potential difference, a PWM (pulse width modulation) comparator 22 that outputs the output of the error amplifier 21 to a non-inverting input terminal. And a driver circuit 23 for generating a signal for driving the gates of the switch transistors SW1 and SW2 based on the PWM pulse.

また、スイッチング制御回路20には、上記PWMコンパレータ22の反転入力端子に印加される三角波や鋸波のような波形信号を生成する波形生成回路24と、上記誤差アンプ21に印加される参照電圧Vref1を生成するバンドギャップリファランス回路などからなる基準電圧生成回路25が設けられている。また、上記誤差アンプ21として前記実施例の差動増幅回路を使用する場合、MOSトランジスタMp5,Mn5のゲート端子に印加する定電圧Vaはこの基準電圧生成回路25により生成するように構成することができる。   The switching control circuit 20 includes a waveform generation circuit 24 that generates a waveform signal such as a triangular wave or a sawtooth wave applied to the inverting input terminal of the PWM comparator 22, and a reference voltage Vref1 applied to the error amplifier 21. A reference voltage generation circuit 25 including a band gap reference circuit for generating Further, when the differential amplifier circuit of the embodiment is used as the error amplifier 21, the constant voltage Va applied to the gate terminals of the MOS transistors Mp5 and Mn5 may be generated by the reference voltage generation circuit 25. it can.

図3のDC−DCコンバータにおいては、出力のフィードバック電圧を抵抗分割した電圧と参照電圧Vref1との電位差に応じた電圧が誤差アンプ21からPWMコンパレータ22へ出力され、PWMコンパレータ22によって、出力電圧が下がるとPWMパルスの幅を長くしてスイッチトランジスタSW1のオン時間を長くし、出力電圧が上がるとPWMパルスの幅を短くしてスイッチトランジスタSW1のオン時間を短くするようなフィードバック制御が行なわれる。   In the DC-DC converter of FIG. 3, a voltage corresponding to the potential difference between the reference voltage Vref1 and the voltage obtained by resistance-dividing the output feedback voltage is output from the error amplifier 21 to the PWM comparator 22, and the output voltage is output by the PWM comparator 22. When the output voltage decreases, the width of the PWM pulse is lengthened to increase the on time of the switch transistor SW1, and when the output voltage increases, the width of the PWM pulse is shortened to shorten the on time of the switch transistor SW1.

上記DC−DCコンバータにおいては、負荷の変動の少ない定常状態では出力電圧Voutは急激に変動せず、誤差アンプ21からは比較的変動の小さな電圧が出力される期間が長くなる。このような誤差アンプ21に前記実施例の差動増幅回路を使用した場合、その動作点を合わせ込むことによって変動の小さな電圧範囲において極めて直線性の優れた増幅を行なわせることができ、それによって精度の高い出力電圧のフィードバック制御が可能となる。   In the DC-DC converter, the output voltage Vout does not fluctuate rapidly in a steady state with little fluctuation in the load, and the period during which a relatively small fluctuation voltage is output from the error amplifier 21 becomes long. When the differential amplifier circuit of the above-described embodiment is used for such an error amplifier 21, it is possible to perform amplification with extremely excellent linearity in a voltage range with small fluctuations by combining the operating points. Accurate feedback control of the output voltage becomes possible.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、PチャネルMOSFETを差動入力トランジスタとしている差動増幅回路を示したが、差動入力トランジスタにNチャネルMOSFETを使用し、負荷MOSFETにPチャネルMOSFETを使用した差動増幅回路、すなわち図1や図2の回路において、電源電圧VDDと接地電位GNDの関係を逆にするとともに各トランジスタの導電型を逆にした回路にも適用することができる。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the differential amplifier circuit using the P-channel MOSFET as the differential input transistor is shown. However, the differential amplifier using the N-channel MOSFET as the differential input transistor and the P-channel MOSFET as the load MOSFET. In the circuit, that is, the circuit of FIGS. 1 and 2, the present invention can be applied to a circuit in which the relationship between the power supply voltage VDD and the ground potential GND is reversed and the conductivity type of each transistor is reversed.

また、前記実施例では、差動入力段の負荷MOSトランジスタMn1と出力段のMOSトランジスタMn3、またMn2とMn4とがそれぞれカレントミラー接続されているものを示したが、Mn1とMn2がカレントミラー接続され、出力段のMOSトランジスタMn3とMn4は、差動入力段の負荷MOSトランジスタMn1またはMn2のドレイン電圧をゲート端子に受けるように接続されているものであっても良い。   In the above embodiment, the load MOS transistor Mn1 in the differential input stage and the MOS transistor Mn3 in the output stage, and Mn2 and Mn4 are connected in current mirror, respectively. However, Mn1 and Mn2 are connected in current mirror. The output stage MOS transistors Mn3 and Mn4 may be connected so that the gate terminal receives the drain voltage of the load MOS transistor Mn1 or Mn2 in the differential input stage.

さらに、前記実施例では、出力段のMOSトランジスタMp3とMp4がカレントミラー接続されているものを示したが、Mp3とMp4は各々そのゲートとドレインが結合されたいわゆるダイオード接続のMOSトランジスタとされているものであっても良い。   Further, in the above embodiment, the output stage MOS transistors Mp3 and Mp4 are shown as being current-mirror connected. However, Mp3 and Mp4 are so-called diode-connected MOS transistors in which their gates and drains are coupled. It may be.

以上の説明では、本発明をDC−DCコンバータの誤差アンプに適用した例を説明したが、本発明にそれに限定されるものではなく、振幅範囲が比較的小さな信号を増幅する差動増幅回路を内蔵する半導体集積回路に広く利用することができる。   In the above description, the example in which the present invention is applied to an error amplifier of a DC-DC converter has been described. However, the present invention is not limited to this, and a differential amplifier circuit that amplifies a signal having a relatively small amplitude range is described. It can be widely used for built-in semiconductor integrated circuits.

本発明に係るCMOS差動増幅回路の一実施例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing one embodiment of a CMOS differential amplifier circuit according to the present invention. FIG. 図1の差動増幅回路の変形例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a modification of the differential amplifier circuit of FIG. 1. 実施例の差動増幅回路を使用して好適なシステムとしてのDC-DCコンバータの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the DC-DC converter as a suitable system using the differential amplifier circuit of an Example. 従来のCMOS差動増幅回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional CMOS differential amplifier circuit.

符号の説明Explanation of symbols

11 差動入力段
12 出力段
20 スイッチング制御回路
21 誤差アンプ
22 PWMコンパレータ
23 ドライバ回路
24 波形生成回路
25 基準電圧生成回路
Mp1,Mp2 差動MOSトランジスタ
Mn1,Mn2 負荷MOSトランジスタ
SW1 駆動用スイッチトランジスタ
SW2 同期整流用スイッチトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Differential input stage 12 Output stage 20 Switching control circuit 21 Error amplifier 22 PWM comparator 23 Driver circuit 24 Waveform generation circuit 25 Reference voltage generation circuit Mp1, Mp2 Differential MOS transistor Mn1, Mn2 Load MOS transistor SW1 Drive switch transistor SW2 Synchronization Switch transistor for rectification

Claims (7)

ソース共通接続された一対の第1導電型の差動MOSトランジスタと、該差動MOSトランジスタのドレイン端子に各々接続された一対の第2導電型の負荷MOSトランジスタと、を有する差動入力段と、
前記差動MOSトランジスタのドレイン側の電位をゲート端子に受けるように接続された一対の第2導電型の第1、第2MOSトランジスタと、ソース端子が第1電源電圧端子に接続された一対の第1導電型の第3、第4MOSトランジスタと、該第3、第4MOSトランジスタと前記第1、第2MOSトランジスタとの間にそれぞれ接続されゲート端子に各々定電圧が印加された第1導電型の第5MOSトランジスタおよび第2導電型の第6MOSトランジスタと、を有する出力段と、
を備えていることを特徴とするCMOS差動増幅回路。
A differential input stage having a pair of first conductivity type differential MOS transistors connected in common to a source and a pair of second conductivity type load MOS transistors respectively connected to the drain terminals of the differential MOS transistors; ,
A pair of first and second MOS transistors of the second conductivity type connected to receive the drain side potential of the differential MOS transistor at the gate terminal, and a pair of first MOS transistors whose source terminals are connected to the first power supply voltage terminal. First conductivity type third and fourth MOS transistors, and first conductivity type first MOS transistors connected between the third and fourth MOS transistors and the first and second MOS transistors, respectively, each having a constant voltage applied to the gate terminal. An output stage having a 5MOS transistor and a second MOS transistor of the second conductivity type;
A CMOS differential amplifier circuit comprising:
前記第1および第2MOSトランジスタは、前記差動入力段の一対の負荷MOSトランジスタのそれぞれとカレントミラー接続されていることを特徴とする請求項1に記載のCMOS差動増幅回路。   2. The CMOS differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the first and second MOS transistors are current-mirror connected to each of a pair of load MOS transistors of the differential input stage. 前記第3と第4MOSトランジスタは、カレントミラー接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のCMOS差動増幅回路。   3. The CMOS differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the third and fourth MOS transistors are current mirror connected. 前記第5および第6MOSトランジスタのゲート端子に印加される電圧は同一であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のCMOS差動増幅回路。   4. The CMOS differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the voltages applied to the gate terminals of the fifth and sixth MOS transistors are the same. 前記第1、第2MOSトランジスタと、第2電源電圧端子との間には、並列形態の容量および抵抗で構成された位相補償回路が接続されていることを特徴とする請求項4に記載のCMOS差動増幅回路。   5. The CMOS according to claim 4, wherein a phase compensation circuit composed of a parallel capacitor and resistor is connected between the first and second MOS transistors and the second power supply voltage terminal. Differential amplifier circuit. 出力側からのフィードバック電圧と参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプと、該誤差アンプの出力を一方の入力端子に受けるPWMコンパレータとを備え、電圧変換用のインダクタに流す電流を制御する駆動用スイッチング素子の制御信号を生成するスイッチング制御回路を有する電源制御用半導体集積回路であって、
前記誤差アンプとして請求項1〜5のいずれかに記載のCMOS差動増幅回路を用いたることを特徴とする電源制御用半導体集積回路。
An error amplifier that outputs a voltage corresponding to the potential difference between the feedback voltage from the output side and the reference voltage, and a PWM comparator that receives the output of the error amplifier at one input terminal, and a current flowing through the voltage conversion inductor A power supply control semiconductor integrated circuit having a switching control circuit for generating a control signal for a driving switching element to be controlled,
6. A power supply control semiconductor integrated circuit using the CMOS differential amplifier circuit according to claim 1 as the error amplifier.
前記誤差アンプに供給される前記参照電圧と、前記CMOS差動増幅回路の前記第5MOSトランジスタおよび第6MOSトランジスタのゲート端子に印加される定電圧と、を生成する基準電圧生成回路を有することを特徴とする請求項6に記載の電源制御用半導体集積回路。   A reference voltage generation circuit that generates the reference voltage supplied to the error amplifier and a constant voltage applied to the gate terminals of the fifth MOS transistor and the sixth MOS transistor of the CMOS differential amplifier circuit. A power supply control semiconductor integrated circuit according to claim 6.
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