JP2009284050A

JP2009284050A - 差動増幅回路

Info

Publication number: JP2009284050A
Application number: JP2008131728A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Motoyui; 敏彰元結
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-12-03
Also published as: US20090289713A1; US7888995B2

Abstract

【課題】高精度且つ広範囲なオフセット調整を可能にする。
【解決手段】差動対に発生するオフセットを調整するために能動負荷を変化させるオフセット調整回路を有する差動増幅回路１であって、同一のトランジスタサイズを有する複数のトランジスタ３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂを備えて構成される微調整用セル部２１，２２と、前記微調整用セル部２１，２２のトランジスタ３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂよりも大きいトランジスタサイズを有するトランジスタ３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂを備えて構成されるシフト用セル部２３，２４とを有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動増幅回路において生ずるオフセット電圧を調整するための技術に関するものである。

差動増幅回路においては、差動対を構成するトランジスタの製品特性等に由来して、オフセット電圧が生ずる場合があり、多くの場合、このようなオフセット電圧をキャンセルするためのオフセット調整回路が備えられている。

オフセット調整回路の一般的な構成は、図５に示すように、差動増幅回路１０１において能動負荷を構成するトランジスタ１０２，１０３に対して平行に、複数のオフセット調整用のトランジスタ１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ、及びスイッチ１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂが接続されたものである。この構成によれば、オフセット電圧に応じてスイッチ１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替え、接続するトランジスタ１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂを選択することにより、オフセット電圧をキャンセルすることができる。

また、このようなオフセット調整に関する従来技術として、オフセット調整回路を構成する各トランジスタに対し、重み付けを行うものが開示されている（特許文献１参照）。
特開平８−２１３８５５号公報

上記のようなオフセット調整回路においては、オフセット調整用の複数のトランジスタ１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂの１個当たりのオフセット調整量（調整分解能）を小さくするほど、高精度な調整が可能となるが、トランジスタの配置スペースには限りがあるため、オフセットの調整可能範囲は狭くなる。逆に、オフセットの調整可能範囲を広くしようとすると、トランジスタ１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂの調整分解能を大きくせざるを得ないため、高精度な調整が難しくなる。

また、上記特許文献１に係る回路のように、重み付けされた（異なる調整分解能を有する）複数のトランジスタによりオフセット調整を行う構成においては、大きなオフセット電圧が生じた場合に、調整分解能の大きいトランジスタをオフセット調整のために使用しなければならず、高精度な調整が困難であるという問題がある。

上記課題の解決を図る本発明は、差動対に発生するオフセットを調整するために能動負荷を変化させるオフセット調整回路を有する差動増幅回路であって、同一のトランジスタサイズを有する複数のトランジスタを備えて構成される微調整用セル部と、前記微調整用セル部のトランジスタよりも大きいトランジスタサイズを有するトランジスタを備えて構成されるシフト用セル部とを有して構成されるものである。

この構成によれば、シフト用セル部のトランジスタを適宜接続状態とすることにより、微調整用セル部の調整可能範囲をオフセットレベルに合わせてシフトさせることができる。

本発明によれば、微調整用セル部の調整可能範囲を超えるオフセットが生じた場合であっても、微調整用セル部による高精度なオフセット調整が可能となる。これにより、高精度且つ広範囲なオフセット調整が可能となる。

発明の実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。図１において、本実施の形態に係る差動増幅回路１が示されている。この差動増幅回路１は、プラス入力端子２、マイナス入力端子３、プラス側電源（定電流源）４、マイナス側電源（接地電圧）５、出力端子６、差動対を構成するＰチャンネルトランジスタ１１，１２、能動負荷を構成するＮチャンネルトランジスタ１３，１４、微調整用セル部２１，２２、及びシフト用セル部２３，２４を有して構成されている。

前記微調整用セル部２１は、前記プラス入力端子２側のＮチャンネルトランジスタ１３に対して平行に接続される複数の微調整用セル２１ａ，２１ｂ，・・から構成される。各微調整用セル２１ａ，２１ｂ，・・は、定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，・・とスイッチ３２ａ，３２ｂ，・・とから構成される。また、前記微調整用セル部２２は、前記マイナス入力端子３側のＮチャンネルトランジスタ１４に対して平行に接続される複数の微調整用セル２２ａ，２２ｂ，・・から構成される。各微調整用セル２２ａ，２２ｂ，・・は、定分解能トランジスタ３３ａ，３３ｂ，・・とスイッチ３４ａ，３４ｂ，・・とから構成される。

前記シフト用セル部２３は、前記プラス入力端子２側のＮチャンネルトランジスタ１３（及び各微調整用セル２１ａ，２１ｂ，・・）に対して平行に接続される複数のシフト用セル２３ａ，２３ｂ，・・から構成される。各シフト用セル２３ａ，２３ｂ，・・は、重み付けトランジスタ３５ａ，３５ｂ，・・とスイッチ３６ａ，３６ｂ，・・とから構成される。また、前記シフト用セル部２４は、前記マイナス入力端子３側のＮチャンネルトランジスタ１４（及び各微調整用セル２２ａ，２２ｂ，・・）に対して平行に接続される複数のシフト用セル２４ａ，２４ｂ，・・から構成される。各シフト用セル２４ａ，２４ｂ，・・は、重み付けトランジスタ３７ａ，３７ｂ，・・とスイッチ３８ａ，３８ｂ，・・とから構成される。

図２において、前記微調整用セル部２１及び前記シフト用セル部２３の構成例が示されている。この例においては、微調整用セル部２１は、４つの微調整用セル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成され、シフト用セル部２３は、２つのシフト用セル２３ａ，２３ｂから構成される。

前記微調整用セル部２１に備えられる各定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、全て同一（実質的同一）のトランジスタサイズを有するものである。

前記シフト用セル部２３に備えられる各重み付けトランジスタ３５ａ，３５ｂは、前記定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄよりも大きいトランジスタサイズを有するものである。

この構成により、全てのスイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ及び３６ａ，３６ｂがＯＮである状態において、各トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ及び３５ａ，３５ｂに流れる電流量が異なる。この例においては、定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに流れる電流をＩとするとき、第１の重み付けトランジスタ３５ａには５Ｉ、第２の重み付けトランジスタ３５ｂには１０Ｉの電流が流れるものとする。

例えば、各定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが０．２ｍＶの調整分解能を有する場合、前記微調整用セル部２１のみで調整可能なオフセット電圧は、０．２×４＝０．８ｍＶとなる。そして、前記第１の重み付けトランジスタ３５ａの調整分解能は０．２×５＝１．０ｍＶとなり、前記第２の重み付けトランジスタ３５ｂの調整分解能は０．２×１０＝２．０ｍＶとなる。

図３において、前記微調整用セル部２１によりオフセット電圧Ｖoffを調整する際のイメージが示されている。線４１はＭＮＳ側の電圧レベル、線４２はＰＬＳ側の電圧レベル、そして目盛り４３は微調整用セル部２１により調整可能なオフセット電圧の幅を示している。目盛り４３の１目盛りは０．２ｍＶである。この例では、オフセット電圧ＶoffがＭＮＳ側に０．６ｍＶ生じている状態であり、この状態を解消するために、前記目盛り４３の３目盛り分の調整が必要である。即ち、前記微調整用セル部２１の４つのスイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ（図２参照）のうち３つをＯＮにする（１つをＯＦＦにする）ことにより、調整が可能である。

しかしながら、図４（ａ）に示すように、オフセット電圧Ｖoffが０．８ｍＶより大きい場合（この例では１．４ｍＶ）、前記微調整用セル部２１のみでは調整不可能となる。このような場合には、前記シフト用セル部２３の第１の重み付けトランジスタ３５ａのスイッチ３６ａをＯＮ（スイッチ３６ｂをＯＦＦ）にすることにより、図４（ｂ）に示すように、前記微調整用セル部２１による調整可能範囲（目盛り４３）が、ＭＮＳ側に１．０ｍＶ分シフトされる。

このように、オフセット電圧Ｖoffが前記微調整用セル部２１又は２２による調整可能範囲を超える場合であっても、前記シフト用セル部２３又は２４の重み付けトランジスタ３５ａ，３５ｂ又は３７ａ，３７ｂを適宜接続することにより、微調整用セル部２１又は２２の調整可能範囲をシフトさせることができるので、これら微調整用セル部２１又は２２による細かなオフセット調整が可能となる。

前記シフト用セル部２３，２４のトランジスタサイズは、前記微調整用セル部２１，２２のトランジスタサイズよりも大きいため、前記シフト用セル部２３，２４の重み付けトランジスタ３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂは、前記微調整用セル部２１，２２の定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに比べて製造上のばらつきが大きくなる。従って、前記重み付けトランジスタ３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂによってシフトされるシフト分もそのばらつきの影響を受ける。しかしながら、トランジスタサイズの小さい、即ちばらつきの小さい前記微調整用セル部２１，２２の定分解能トランジスタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄで微調整を行うことによって、細かなオフセット調整が可能となり、かくして高精度な調整が可能となる。このような微調整用セル部２１，２２のトランジスタサイズは、プロセスの製造ばらつき、必要な調整分解能がどの程度か、レイアウト面積から決定される。例えば、最小サイズのトランジスタで構成されてもよい。

尚、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、差動対がＰチャンネルトランジスタ１１，１２によって構成された差動増幅回路において、Ｎチャンネルトランジスタによって構成されたオフセット調整用セル２１〜２４が設けられているが、差動対がＮチャンネルトランジスタによって構成された差動増幅回路においては、Ｐチャンネルトランジスタによって構成されたオフセット調整用セルに関しても本発明を適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る差動増幅回路を示す図である。図２は、本発明の実施の形態に係る微調整用セル部及びシフト用セル部の構成例を示す図である。図３は、微調整用セル部のみによりオフセット電圧を調整する際のイメージを示す図である。図４（ａ）は、オフセット電圧が微調整用セル部による調整可能範囲を超えている状態のイメージを示す図であり、図４（ｂ）は、シフト用セル部により微調整用セル部の調整可能範囲をオフセット電圧に適合するようにシフトさせた状態のイメージを示す図である。図５は、従来の差動増幅回路を示す図である。

符号の説明

１差動増幅回路
２プラス入力端子
３マイナス入力端子
４プラス側電源
５マイナス側電源
６出力端子
１１，１２Ｐチャンネルトランジスタ（差動対）
１３，１４Ｎチャンネルトランジスタ（能動負荷）
２１，２２微調整用セル部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ微調整用セル
２３，２４シフト用セル部
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂシフト用セル
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３３ａ，３３ｂ定分解能トランジスタ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂスイッチ
３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ重み付けトランジスタ

Claims

差動対に発生するオフセットを調整するために能動負荷を変化させるオフセット調整回路を有する差動増幅回路であって、
同一のトランジスタサイズを有する複数のトランジスタを備えて構成される微調整用セル部と、
前記微調整用セル部のトランジスタよりも大きいトランジスタサイズを有するトランジスタを備えて構成されるシフト用セル部と、
を有して構成される差動増幅回路。
前記シフト用セル部は、異なるトランジスタサイズを有する複数のトランジスタを備えて構成される、
請求項１記載の差動増幅回路。
前記微調整用セル部を構成するトランジスタは、最小トランジスタサイズである、
請求項１又は２記載の差動増幅回路。