JP2010098657A - Differential amplifier circuit and ring oscillator circuit employing the same - Google Patents

Differential amplifier circuit and ring oscillator circuit employing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new differential amplifier circuit and ring oscillator circuit suppressing manufacturing processes, power supply voltage and variation in output delay amount with respect to temperature variation without losing differential gains of whole circuit. <P>SOLUTION: Two output terminal charging/discharging circuits are provided which are comprised of constant current sources 34, 35 and discharging transistors 31, 33 and on the basis of differential input signals, output terminals are charged/discharged, thereby producing two output signals obtained by amplifying the input signals. In order to provide differential gains to these two output signals, output nodes of the two output terminal charging/discharging circuits are interconnected to an open drain output type latch circuit 28. Switch circuits 21, 22 are provided in an output unit of the latch circuit 28, ON/OFF control is performed on the switch circuits 21, 22 in accordance with differential input signals so that, when output signals start rising from L level, operation for the latch circuit 28 to maintain the output signals in the L state is forcibly brought to an off-state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、差動入力信号を増幅して差動出力する差動増幅回路に関し、特にPLL(Phase Locked Loop)のリングオシレータの遅延素子など、出力遅延時間のばらつきの低減を要求される2入力・2出力の差動増幅回路及びこれを用いたリングオシレータ回路に関するものである。   The present invention relates to a differential amplifier circuit that amplifies a differential input signal and differentially outputs the differential input signal. In particular, the present invention relates to a two-input circuit that is required to reduce variations in output delay time, such as a delay element of a PLL (Phase Locked Loop) ring oscillator. This invention relates to a two-output differential amplifier circuit and a ring oscillator circuit using the same.

近年、大規模集積回路の製造プロセス微細化のスケーリング則により、低電源電圧動作及び高速化動作への要求が高まっている。
そのような要求に対し、シングルエンド型回路に比べて差動型回路では片側回路辺りの信号振幅を半分にすることができるため、低電源電圧動作、高速動作のいずれに対しても有利となり、数多くのアプリケーションで採用されてきている。
In recent years, demands for low power supply voltage operation and high-speed operation are increasing due to scaling rules for miniaturization of manufacturing processes of large-scale integrated circuits.
In response to such demands, the differential circuit can halve the signal amplitude around one circuit compared to a single-ended circuit, which is advantageous for both low power supply voltage operation and high-speed operation. It has been adopted in many applications.

しかしながら、差動型回路を採用しただけではシステムの上記要求に対応しきれない場合がある。具体的には、増幅型回路の電圧ヘッドルームの不足、及び帯域不足により、低電源電圧動作、高速動作時の差動利得が十分に確保できず、出力波形に鈍りや歪みが生じる場合がある。
そのような場合の対策として、例えば以下の特許文献1などでは、差動型回路の出力部に差動ラッチ回路を付加し、増幅動作の主体となる差動増幅回路の利得が低下しても、付加した差動ラッチ回路により補助的に差動利得を向上させるような方法を提案している。
However, there are cases where it is not possible to meet the above-mentioned requirements of the system simply by adopting a differential circuit. Specifically, due to insufficient voltage headroom and bandwidth in the amplification type circuit, low power supply voltage operation and sufficient differential gain during high-speed operation may not be ensured, and the output waveform may become dull or distorted. .
As a countermeasure in such a case, for example, in Patent Document 1 below, even if a differential latch circuit is added to the output portion of the differential circuit, the gain of the differential amplifier circuit that is the main component of the amplification operation is reduced. Have proposed a method in which the differential gain is supplementarily improved by the added differential latch circuit.

図10は、この差動ラッチ回路を付加した従来の差動増幅回路の一例を示したものである。
図において、符号1は電源電圧(以下、「Vdd」という)、2はグランド電圧(以下、「Vss」という)、3、4はそれぞれソース端子がVdd1に接続されたPMOSトランジスタで能動負荷抵抗として機能する。21乃至28はNMOSトランジスタである。また、符号a、bはそれぞれ入力信号が入力される入力端子、c、dは論理信号が出力される出力端子、符号A、Bはそれぞれ出力端子c、dが接続されるノードである。
FIG. 10 shows an example of a conventional differential amplifier circuit to which this differential latch circuit is added.
In the figure, reference numeral 1 is a power supply voltage (hereinafter referred to as “Vdd”), 2 is a ground voltage (hereinafter referred to as “Vss”), 3 and 4 are PMOS transistors whose source terminals are connected to Vdd1, respectively, as active load resistors. Function. Reference numerals 21 to 28 denote NMOS transistors. Symbols a and b are input terminals to which input signals are input, c and d are output terminals from which logic signals are output, and symbols A and B are nodes to which output terminals c and d are connected, respectively.

ノードAには、PMOSトランジスタ3、NMOSトランジスタ21、25のドレイン端子、及びNMOSトランジスタ26のゲート電極がそれぞれ接続され、一方ノードBには、PMOSトランジスタ4、NMOSトランジスタ22、26のドレイン端子、及びNMOSトランジスタ25のゲート電極がそれぞれ接続される。
符号CはNMOSトランジスタ23、24及び27が共通して接続されるノードを示す。一方、NMOSトランジスタ25、26のソース端子はNMOSトランジスタ28のドレイン端子に共通に接続される。
The node A is connected to the drain terminals of the PMOS transistor 3 and NMOS transistors 21 and 25, and the gate electrode of the NMOS transistor 26, respectively, while the node B is connected to the drain terminals of the PMOS transistor 4, the NMOS transistors 22 and 26, and The gate electrodes of the NMOS transistors 25 are connected to each other.
Symbol C indicates a node to which the NMOS transistors 23, 24 and 27 are connected in common. On the other hand, the source terminals of the NMOS transistors 25 and 26 are commonly connected to the drain terminal of the NMOS transistor 28.

符号DはNMOSトランジスタ25、26及び28が共通して接続されるノードを示す。さらにNMOSトランジスタ27、28のソース端子はVss2に共通して接続される。また、入力端子a、bはそれぞれNMOSトランジスタ23、24のゲート電極に接続される。
Vin1、Vin2はそれぞれ入力端子a、bに印加される入力信号の電位を示し、またVout1、Vout2はそれぞれ出力端子c、dより出力される出力信号の電位を示す。
A symbol D indicates a node to which the NMOS transistors 25, 26 and 28 are connected in common. Further, the source terminals of the NMOS transistors 27 and 28 are commonly connected to Vss2. The input terminals a and b are connected to the gate electrodes of the NMOS transistors 23 and 24, respectively.
Vin1 and Vin2 indicate the potentials of the input signals applied to the input terminals a and b, respectively. Vout1 and Vout2 indicate the potentials of the output signals output from the output terminals c and d, respectively.

Bias1はNMOSトランジスタ27を定電流源として飽和領域で動作させるために、そのゲート電極に与えられるバイアス電圧、Bias2はPMOSトランジスタ3、4を能動負荷抵抗として飽和領域で動作させるために、そのゲート電極に共通に与えられるバイアス電圧である。
また、XはNMOSトランジスタ21、22のゲート電極に与えられるディジタル信号、/XはNMOSトランジスタ28のゲート電極に与えられるディジタル信号である。このXと/Xとは互いに相補的なディジタル信号であり、この差動増幅回路におけるスルーモードとラッチモードの切り替え制御をする。
NMOSトランジスタ21、22及び28はスイッチとして機能し、ON状態では線形領域で動作するように制御信号X、/Xが印加される。通常そのHレベルとしてVdd1の電圧を用いる。
Bias1 is a bias voltage applied to the gate electrode for operating the NMOS transistor 27 as a constant current source in the saturation region, and Bias2 is a gate electrode for operating the PMOS transistors 3 and 4 in the saturation region using the active load resistor. Is a bias voltage commonly applied to the.
X is a digital signal applied to the gate electrodes of the NMOS transistors 21 and 22, and / X is a digital signal applied to the gate electrode of the NMOS transistor 28. X and / X are digital signals complementary to each other, and controls switching between the through mode and the latch mode in the differential amplifier circuit.
The NMOS transistors 21, 22 and 28 function as switches, and control signals X and / X are applied so as to operate in a linear region in the ON state. Usually, the voltage of Vdd1 is used as the H level.

次いで、このような構成をした差動増幅回路の動作について説明する。
入力端子a、bには常にアナログ信号電圧が印加されており、この回路において、X=H、/X=Lのときスルーモード、X=L、/X=Hのときラッチモードとなり、この2つのモードは所定の時間間隔で交互に繰り返される。
Next, the operation of the differential amplifier circuit having such a configuration will be described.
An analog signal voltage is always applied to the input terminals a and b. In this circuit, when X = H and / X = L, the through mode is set, and when X = L and / X = H, the latch mode is set. The two modes are alternately repeated at predetermined time intervals.

(1)X=H、/X=Lの場合(スルーモード)
NMOSトランジスタ21、22はON状態、NMOSトランジスタ28はOFF状態となる。このとき、電流源であるNMOSトランジスタ27により生じた電流は、Vdd1とノードCとの間に流れるようになり、NMOSトランジスタ23、24、27とPMOSトランジスタ3、4により差動増幅回路が構成される。
従って、入力電圧Vin1、Vin2の電位差に対して出力電位Vout1、Vout2の電位差に増幅された出力信号が端子c、dにより出力される。一方、ノードDはVss2に導通されないので、NMOSトランジスタ25、26においてラッチ動作は機能しない。
(1) When X = H and / X = L (through mode)
The NMOS transistors 21 and 22 are turned on, and the NMOS transistor 28 is turned off. At this time, the current generated by the NMOS transistor 27 which is a current source flows between Vdd1 and the node C, and the NMOS transistors 23, 24 and 27 and the PMOS transistors 3 and 4 constitute a differential amplifier circuit. The
Therefore, the output signals amplified to the potential difference between the output potentials Vout1 and Vout2 with respect to the potential difference between the input voltages Vin1 and Vin2 are output from the terminals c and d. On the other hand, since the node D is not conducted to Vss2, the latch operation does not function in the NMOS transistors 25 and 26.

(2)X=L、/X=Hの場合(ラッチモード)
逆にNMOSトランジスタ21、22はOFF状態、NMOSトランジスタ28はON状態となる。このときノードDがVss2に導通され、NMOSトランジスタ25、26はラッチ回路を形成する。一方、Vdd1よりノードCに電流は流れないので、入力電圧Vin1、Vin2に対する差動増幅は機能しなくなる。
まず、ラッチモード開始直前のスルーモードにおいてVin1>Vin2のとき、Vout1<Vout2となってVin1、Vin2の電位差が増幅されている。そして、ラッチモードに切り替わると、Vout1はNMOSトランジスタ26のゲート電圧、Vout2はNMOSトランジスタ25のゲート電圧となるので、NMOSトランジスタ25のドレイン電流は、NMOSトランジスタ26のドレイン電流より大きくなる。
(2) When X = L and / X = H (latch mode)
Conversely, the NMOS transistors 21 and 22 are turned off, and the NMOS transistor 28 is turned on. At this time, the node D is made conductive to Vss2, and the NMOS transistors 25 and 26 form a latch circuit. On the other hand, since no current flows from Vdd1 to the node C, differential amplification with respect to the input voltages Vin1 and Vin2 does not function.
First, when Vin1> Vin2 in the through mode immediately before the start of the latch mode, Vout1 <Vout2, and the potential difference between Vin1 and Vin2 is amplified. When switching to the latch mode, Vout1 becomes the gate voltage of the NMOS transistor 26 and Vout2 becomes the gate voltage of the NMOS transistor 25. Therefore, the drain current of the NMOS transistor 25 becomes larger than the drain current of the NMOS transistor 26.

これによりNMOSトランジスタ25のドレイン電位であるVout1を一層減少させ、一方、NMOSトランジスタ26のドレイン電位であるVout2を一層増加させる。Vout2の増加がVout1の減少を促し、逆にVout1の減少がVout2の増加を促すという相互作用によりVout1=L、Vout2=Hが確定される。このようにして出力端子c、dよりディジタル信号が出力される。
特開平8−33586号公報
As a result, the drain potential Vout1 of the NMOS transistor 25 is further reduced, while the drain potential Vout2 of the NMOS transistor 26 is further increased. Vout1 = L and Vout2 = H are determined by an interaction in which an increase in Vout2 promotes a decrease in Vout1, and conversely, a decrease in Vout1 promotes an increase in Vout2. In this way, digital signals are output from the output terminals c and d.
JP-A-8-33586

しかしながら、図10に示したような従来の差動増幅回路では、以下に示すような2つの技術的な課題が挙げられる。
まず第1の課題として、電圧ヘッドルームの不足が挙げられる。
スイッチとして動作するNMOSトランジスタ21、22は、それぞれ入力信号を受けるNMOSトランジスタ23、24のドレイン端子と、出力信号の現れるノードA、Bとの間に設けられた。しかしながら、NMOSトランジスタ21、22がON状態(すなわちスルーモード時)のとき、NMOSトランジスタ21、22で生じる電圧降下によりNMOSトランジスタ23、24のドレイン端子に印加される電圧が低下する。
However, the conventional differential amplifier circuit as shown in FIG. 10 has the following two technical problems.
The first problem is a shortage of voltage headroom.
The NMOS transistors 21 and 22 that operate as switches are provided between the drain terminals of the NMOS transistors 23 and 24 that receive the input signal and the nodes A and B at which the output signal appears, respectively. However, when the NMOS transistors 21 and 22 are in the ON state (that is, in the through mode), the voltage applied to the drain terminals of the NMOS transistors 23 and 24 decreases due to the voltage drop generated in the NMOS transistors 21 and 22.

また、十分な差動利得をもって差動増幅動作を行うためには、Vin1=Vin2時には入力信号を受けるNMOSトランジスタ23、24がともに飽和領域で動作することが望ましい。しかしながら、上記のようにドレイン端子の電圧が低下した状況では、ドレイン・ソース間の電位差が小さくなることにより、NMOSトランジスタ23、24が線形領域で動作してしまい、差動利得の低下をもたらす。   In order to perform a differential amplification operation with a sufficient differential gain, it is desirable that both NMOS transistors 23 and 24 that receive an input signal operate in a saturation region when Vin1 = Vin2. However, in the situation where the voltage at the drain terminal is reduced as described above, the potential difference between the drain and the source is reduced, so that the NMOS transistors 23 and 24 operate in a linear region, resulting in a reduction in differential gain.

さらには、NMOSトランジスタ23、24が線形領域で動作することで生じる電圧降下により、NMOSトランジスタ27のドレイン端子に印加される電圧も低下する。その結果、定電流源として機能すべきトランジスタ27の定電流性を損ない、差動増幅回路全体の差動利得の低下、及び出力遅延量の増大をひきおこすおそれがある。従って、Vin1、Vin2の2つの信号入力に対して利得の良い差動増幅ができない可能性がある。
この結果、図11のように差動増幅器12、13で増幅された信号が図10の差動増幅回路に入力されても、この差動増幅回路はスルーモード時に所定の値まで増幅できなくなり、ラッチモードに移行したときにラッチ動作が正確にかつ迅速に行われないおそれがある。
Furthermore, the voltage applied to the drain terminal of the NMOS transistor 27 also decreases due to the voltage drop caused by the NMOS transistors 23 and 24 operating in the linear region. As a result, the constant current property of the transistor 27 that should function as a constant current source may be impaired, and the differential gain of the entire differential amplifier circuit may be reduced and the output delay amount may be increased. Therefore, there is a possibility that differential amplification with a good gain cannot be performed for the two signal inputs Vin1 and Vin2.
As a result, even if the signals amplified by the differential amplifiers 12 and 13 as shown in FIG. 11 are input to the differential amplifier circuit of FIG. 10, the differential amplifier circuit cannot amplify to a predetermined value in the through mode. When shifting to the latch mode, the latch operation may not be performed accurately and quickly.

次に第2の課題として、モード切り替え時の出力レベルの変動による遅延発生が挙げられる。
スルーモードとラッチモードとを切り替えるためには、上記制御信号X及び/Xに対し、X=H、/X=L(スルーモード)という状態と、X=L、/X=H(ラッチモード)という状態の間を遷移する
ここで電源電圧をVdd1,定電流源27の出力電流量をI0、PMOSトランジスタ3、4のON抵抗値をR0、NMOSトランジスタ25、26がON状態に確定している際のON抵抗値をR1とおく。スルーモード時の出力HレベルVh0は、下式(1)で表される。
Vh0=Vdd1…(1)
The second problem is the generation of delay due to the fluctuation of the output level at the time of mode switching.
In order to switch between the through mode and the latch mode, with respect to the control signals X and / X, the states X = H, / X = L (through mode), and X = L, / X = H (latch mode) The power supply voltage is Vdd1, the output current amount of the constant current source 27 is I0, the ON resistance value of the PMOS transistors 3 and 4 is R0, and the NMOS transistors 25 and 26 are determined to be in the ON state. The ON resistance value at that time is R1. The output H level Vh0 in the through mode is expressed by the following expression (1).
Vh0 = Vdd1 (1)

一方、ラッチモード時の出力HレベルVh1は、電源電圧を抵抗R0とR1とで分割されることで生成するため、下式(2)で表される。
Vh1=R1×Vdd1/(R0+R1)…(2)
上式では、PMOSトランジスタ3、4が線形領域で動作しているものと仮定した。
同様に、スルーモード時の出力LレベルVl0は、以下の式(3)で表され、
Vl0=Vdd1−R0×I0…(3)
ラッチモード時の出力LレベルVl1は、グランドレベルVl1=0と表される。
このように、ラッチモードとスルーモードとではHレベルとLレベルともに全く異なる式で表され、従ってスルーモードとラッチモードとが切り替わった瞬間に、図12に示すタイミングチャートのように出力レベルの変動が起こる。
On the other hand, since the output H level Vh1 in the latch mode is generated by dividing the power supply voltage by the resistors R0 and R1, it is expressed by the following equation (2).
Vh1 = R1 × Vdd1 / (R0 + R1) (2)
In the above equation, it is assumed that the PMOS transistors 3 and 4 are operating in the linear region.
Similarly, the output L level V10 in the through mode is expressed by the following equation (3):
V10 = Vdd1-R0 × I0 (3)
The output L level Vl1 in the latch mode is expressed as the ground level Vl1 = 0.
As described above, the latch mode and the through mode are expressed by completely different expressions for the H level and the L level. Therefore, at the moment when the through mode and the latch mode are switched, the output level varies as shown in the timing chart of FIG. Happens.

この出力レベルの変動に時間を要してしまうような場合、出力遅延時間が増加してしまう。すなわち、スルーモードとラッチモードとのモード遷移を行うと、余計な遅延が発生するおそれがあるというのが、第2の課題である。
そして、これら第1及び第2の課題はいずれも製造プロセス、電源電圧、温度の変動に対して回路の出力遅延量を大きく変動させる結果となる。
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回路全体の差動利得を損なうことなく、製造プロセス、電源電圧、温度変動に対する出力遅延量の変動を抑えた新規な差動増幅回路及びこれを用いたリングオシレータ回路を提供することにある。
When it takes time to change the output level, the output delay time increases. That is, the second problem is that extra delay may occur when mode transition between the through mode and the latch mode is performed.
Both the first and second problems result in a large variation in the output delay amount of the circuit with respect to variations in the manufacturing process, power supply voltage, and temperature.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to suppress fluctuations in the output delay amount with respect to fluctuations in the manufacturing process, power supply voltage, and temperature without impairing the differential gain of the entire circuit. Another novel differential amplifier circuit and a ring oscillator circuit using the same are provided.

前記課題を解決するために第1の発明に係る差動増幅回路は、
第1及び第2のトランジスタと、第1及び第2の定電流源と、ラッチ回路と、第1及び第2のスイッチ回路とを含み、
上記第1のトランジスタは、ドレイン端子が第1の出力端子の接続ノードである第1の出力ノードに接続され、ソース端子が第1の電源端子に接続され、ゲート端子が第1の入力端子に接続されており、上記第2のトランジスタは、ドレイン端子が第2の出力端子の接続ノードである第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が第2の入力端子に接続されており、上記第1の定電流源は、ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ソース端子が第2の電源端子に接続されており、上記第2の定電流源は、ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記第2の電源端子に接続されており、上記ラッチ回路は、上記第1の出力ノード及び第2の出力ノードからの信号を入力し、それらの信号電圧から、上記第1の電源端子をグランドレベルとしたLレベル信号及びHi−Z信号を生成し、上記第1及び第2の出力端子に保持させるオープンドレイン出力型となっており、上記第1のスイッチ回路は、上記第1の出力端子と上記ラッチ回路との間に接続され、制御端子が上記第1の入力端子に接続されており、上記第2のスイッチ回路は、上記第2の出力端子と上記ラッチ回路との間に接続され、制御端子が上記第2の入力端子に接続されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a differential amplifier circuit according to a first invention is
Including first and second transistors, first and second constant current sources, a latch circuit, and first and second switch circuits;
The first transistor has a drain terminal connected to a first output node which is a connection node of the first output terminal, a source terminal connected to the first power supply terminal, and a gate terminal connected to the first input terminal. The second transistor has a drain terminal connected to a second output node which is a connection node of the second output terminal, a source terminal connected to the first power supply terminal, and a gate terminal The first constant current source is connected to a second input terminal, the drain terminal is connected to the first output node, the source terminal is connected to the second power supply terminal, and the second constant current source is connected to the second input terminal. The constant current source has a drain terminal connected to the second output node and a source terminal connected to the second power supply terminal, and the latch circuit includes the first output node and the second output node. The signal from the node Then, an L level signal and a Hi-Z signal with the first power supply terminal as the ground level are generated from these signal voltages, and are held at the first and second output terminals. The first switch circuit is connected between the first output terminal and the latch circuit, a control terminal is connected to the first input terminal, and the second switch circuit is The control circuit is connected between the second output terminal and the latch circuit, and a control terminal is connected to the second input terminal.

第2の発明は、
第1の発明に係る差動増幅回路において、上記第1のスイッチ回路は、上記第1のトランジスタの非通電状態が開始すると同時に非通電となり、上記第2のスイッチ回路は、上記第2のトランジスタの非通電状態が開始すると同時に非通電となることを特徴とする差動増幅回路である。
The second invention is
In the differential amplifier circuit according to the first aspect of the present invention, the first switch circuit is deenergized at the same time as the deenergization state of the first transistor is started, and the second switch circuit is decoupled from the second transistor. The differential amplifier circuit is characterized in that it is de-energized at the same time as the de-energized state starts.

第3の発明は、
第1または第2の発明に係る差動増幅回路において、上記第1の定電流源は、ソース端子が上記第2の電源端子に接続され、ゲート端子に定電圧が印加された第3のトランジスタと、ソース端子が上記第3のトランジスタのドレイン端子に接続され、ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ゲート端子に定電圧が印加された第4のトランジスタとからなり、
上記第2の定電流源は、ソース端子が上記第2の電源端子に接続され、ゲート端子に上記第3のトランジスタのゲート端子と同じ定電圧が印加された第5のトランジスタと、ソース端子が上記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ゲート端子に上記第4のトランジスタのゲート端子と同じ定電圧が印加された第6のトランジスタとからなることを特徴とする差動増幅回路である。
The third invention is
In the differential amplifier circuit according to the first or second invention, the first constant current source includes a third transistor having a source terminal connected to the second power supply terminal and a constant voltage applied to the gate terminal. And a fourth transistor having a source terminal connected to the drain terminal of the third transistor, a drain terminal connected to the first output node, and a constant voltage applied to the gate terminal,
The second constant current source includes a fifth transistor having a source terminal connected to the second power supply terminal, a gate terminal applied with the same constant voltage as the gate terminal of the third transistor, and a source terminal A sixth transistor having a drain terminal connected to the fifth transistor, a drain terminal connected to the second output node, and a gate terminal applied with the same constant voltage as the gate terminal of the fourth transistor; This is a differential amplifier circuit.

第4の発明は、
第3の発明に係る差動増幅回路において、上記第4のトランジスタと上記第6のトランジスタのドレイン面積は、上記第3のトランジスタと上記第5のトランジスタのドレイン面積よりも小さいことを特徴とする差動増幅回路である。
第5の発明は、
第1乃至第4のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、上記ラッチ回路は、2つのトランジスタからなり、一方のトランジスタは、ドレイン端子が上記第1のスイッチ回路に接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が上記第2の出力ノードに接続されており、他方のトランジスタは、ドレイン端子が上記第2のスイッチ回路に接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が上記第1の出力ノードに接続されていることを特徴とする差動増幅回路である。
The fourth invention is:
In the differential amplifier circuit according to the third invention, the drain areas of the fourth transistor and the sixth transistor are smaller than the drain areas of the third transistor and the fifth transistor. It is a differential amplifier circuit.
The fifth invention is:
In the differential amplifier circuit according to any one of the first to fourth inventions, the latch circuit includes two transistors, and one transistor has a drain terminal connected to the first switch circuit and a source terminal connected to the first switch circuit. The first power supply terminal is connected, the gate terminal is connected to the second output node, the other transistor has a drain terminal connected to the second switch circuit, and a source terminal connected to the first output node. The differential amplifier circuit is connected to a power supply terminal and a gate terminal is connected to the first output node.

第6の発明は、
第1乃至第5のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、上記第1及び第2のスイッチ回路は、それぞれトランジスタからなり、上記第1のスイッチ回路のトランジスタは、ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ソース端子が上記ラッチ回路に接続され、ゲート端子が上記第1の入力端子に接続されており、上記第2のスイッチ回路のトランジスタは、ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記ラッチ回路に接続され、ゲート端子が上記第2の入力端子に接続されていることを特徴とする差動増幅回路である。
The sixth invention is:
In the differential amplifier circuit according to any one of the first to fifth inventions, each of the first and second switch circuits includes a transistor, and a drain terminal of the transistor of the first switch circuit has the first terminal. Are connected to the output node, the source terminal is connected to the latch circuit, the gate terminal is connected to the first input terminal, and the transistor of the second switch circuit has the drain terminal connected to the second output terminal. A differential amplifier circuit comprising: a node; a source terminal connected to the latch circuit; and a gate terminal connected to the second input terminal.

第7の発明は、
第1乃至第6のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、さらにバッファ回路を備え、当該バッファ回路は、入力端子が上記第1のトランジスタの制御端子と上記第2のトランジスタの制御端子とに接続され、出力端子が上記第1のスイッチ回路と上記第2のスイッチ回路とに接続されていることを特徴とする差動増幅回路である。
The seventh invention
The differential amplifier circuit according to any one of the first to sixth inventions further includes a buffer circuit, and the buffer circuit has an input terminal that is a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor. The differential amplifier circuit is characterized in that the output terminal is connected to the first switch circuit and the second switch circuit.

第8の発明は、
第1乃至第6のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、さらにバッファ回路を備え、当該バッファ回路は、入力端子が上記第1のスイッチ回路と上記第2のスイッチ回路とに接続され、出力端子が上記第1のトランジスタの制御端子と上記第2のトランジスタの制御端子とに接続されていることを特徴とする差動増幅回路である。
第9の発明は、
第1乃至第8のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、上記第1のトランジスタの上記ソース端子及び上記第2のトランジスタの上記ソース端子の共通接続点と、前記第1の電源端子との間が直接接続されていることを特徴とする差動増幅回路である。
The eighth invention
The differential amplifier circuit according to any one of the first to sixth inventions further includes a buffer circuit, and the buffer circuit has an input terminal connected to the first switch circuit and the second switch circuit, An output terminal is connected to a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor.
The ninth invention
In the differential amplifier circuit according to any one of the first to eighth inventions, a common connection point between the source terminal of the first transistor and the source terminal of the second transistor, the first power supply terminal, The differential amplifier circuit is characterized in that they are directly connected to each other.

第10の発明は、
第1乃至第8のいずれかの発明に係る差動増幅回路において、上記第1のトランジスタの上記ソース端子及び上記第2のトランジスタの上記ソース端子の共通接続点と、前記第1の電源端子との間に定電流源を備えることを特徴とする差動増幅回路である。
第11の発明であるリングオシレータ回路は、
第1乃至第10のいずれかの発明に係る差動増幅回路を複数個有し、当該各差動増幅回路に流れる電流量を設定して発振周波数を制御することを特徴とする。
The tenth invention is
In the differential amplifier circuit according to any one of the first to eighth inventions, a common connection point between the source terminal of the first transistor and the source terminal of the second transistor, the first power supply terminal, A differential amplifier circuit comprising a constant current source between the two.
The ring oscillator circuit according to the eleventh invention is
A plurality of differential amplifier circuits according to any one of the first to tenth inventions are provided, and the oscillation frequency is controlled by setting the amount of current flowing through each differential amplifier circuit.

本発明の差動増幅回路では、第1の出力ノードと第1のトランジスタのドレイン端子を直接接続すると共に、第2の出力ノードと第2のトランジスタのドレイン端子を直接接続したため、従来例のようにそれらの間にスイッチ回路を挟む構成となっていない。また、第1のトランジスタと第2のトランジスタは、出力ノードを放電するためのスイッチとして使用するため、線形領域での動作も可能となる。これにより、電圧ヘッドルーム低下が原因による性能劣化を防止できる。   In the differential amplifier circuit of the present invention, the first output node and the drain terminal of the first transistor are directly connected, and the second output node and the drain terminal of the second transistor are directly connected. The switch circuit is not sandwiched between them. Further, since the first transistor and the second transistor are used as switches for discharging the output node, the operation in the linear region is also possible. As a result, it is possible to prevent performance degradation due to a decrease in voltage headroom.

また、本発明の差動増幅回路では、第1の出力ノードにHレベル出力時には、第1のトランジスタがオフ状態、第1のスイッチ回路もオフ状態という1通りの状態のみをとり、出力レベルも一意に決まる。また、Lレベル出力時には、第1のスイッチ回路はオン、第1のスイッチ回路もオン状態という1通りの状態のみをとり、出力レベルも一意に決まる。第2の出力ノードについても同様に出力レベルが一意に決まる。   Further, in the differential amplifier circuit of the present invention, when the H level is output to the first output node, only one state is assumed in which the first transistor is in the off state and the first switch circuit is also in the off state, and the output level is also high. Determined uniquely. Further, at the time of L level output, the first switch circuit is on and the first switch circuit is only on, and the output level is uniquely determined. Similarly, the output level is uniquely determined for the second output node.

これにより、スルーモードとラッチモードといった異なるモードのために、出力ノードが異なるレベルをとってしまうことはない。すなわち、モード切り替えの度に出力H/Lレベルの変動のために出力遅延が新たに発生するようなことはない。
また、ドレイン面積の小さい第4のトランジスタと第6のトランジスタにより、定電流源として働く第5のトランジスタと第6のトランジスタのドレイン容量が第1の出力ノードと第2の出力ノードに付加するのを防ぐことができるため、高速動作が可能となる。
また、この発明の差動増幅回路を遅延素子として、複数個リング状に接続することで、製造プロセス、電源電圧、温度変動時にも発振周波数ばらつきを低減した高品質のリングオシレータ回路を得ることができる。
Thereby, the output node does not take different levels due to different modes such as the through mode and the latch mode. That is, there is no new output delay due to the fluctuation of the output H / L level every time the mode is switched.
Further, the fourth transistor and the sixth transistor having a small drain area add the drain capacitances of the fifth transistor and the sixth transistor acting as constant current sources to the first output node and the second output node. Therefore, high-speed operation is possible.
Also, by connecting a plurality of differential amplifier circuits of the present invention as delay elements in a ring shape, it is possible to obtain a high-quality ring oscillator circuit that reduces oscillation frequency variations even during manufacturing process, power supply voltage, and temperature fluctuations. it can.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る差動増幅回路100の第1の実施形態を示した回路構成図である。
図において、符号1は電源電圧(Vdd)、2はグランド電圧(Vss)、34、35はそれぞれソース端子がVdd1に接続されたPMOSトランジスタであり、定電流源として機能する。また、符号31、33、21、22、25、26はNMOSトランジスタである。また、符号a、bはそれぞれ入力信号が入力される入力端子、c、dは論理信号が出力される出力端子、A、Bはそれぞれ出力端子c、dが接続されるノードである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of a differential amplifier circuit 100 according to the present invention.
In the figure, reference numeral 1 is a power supply voltage (Vdd), 2 is a ground voltage (Vss), and 34 and 35 are PMOS transistors each having a source terminal connected to Vdd1 and function as a constant current source. Reference numerals 31, 33, 21, 22, 25, and 26 are NMOS transistors. Symbols a and b are input terminals to which input signals are input, c and d are output terminals from which logic signals are output, and A and B are nodes to which output terminals c and d are connected, respectively.

ノードAには、PMOSトランジスタ34及びNMOSトランジスタ31のドレイン端子、及びNMOSトランジスタ26のゲート端子が接続されている。
一方、ノードBには、PMOSトランジスタ35及びNMOSトランジスタ33のドレイン端子、及びNMOSトランジスタ25のゲート端子が接続される。
NMOSトランジスタ21は、そのソース端子がNMOSトランジスタ25のドレイン端子に接続され、一方、NMOSトランジスタ22は、そのソース端子がNMOSトランジスタ26のドレイン端子に接続されている。
The node A is connected to the drain terminals of the PMOS transistor 34 and the NMOS transistor 31 and the gate terminal of the NMOS transistor 26.
On the other hand, to the node B, the drain terminals of the PMOS transistor 35 and the NMOS transistor 33 and the gate terminal of the NMOS transistor 25 are connected.
The NMOS transistor 21 has its source terminal connected to the drain terminal of the NMOS transistor 25, while the NMOS transistor 22 has its source terminal connected to the drain terminal of the NMOS transistor 26.

さらに、NMOSトランジスタ25、26、31、33のソース端子は全てVss2に接続されている。
そして、NMOSトランジスタ25、26によって、オープンドレイン出力型のラッチ回路28が構成されている。
また、Vin1、Vin2は、それぞれ入力端子a、bに印加される入力信号の電位を示し、またVout1、Vout2は、それぞれ出力端子c、dより出力される出力信号の電位を示している。
Further, the source terminals of the NMOS transistors 25, 26, 31, and 33 are all connected to Vss2.
The NMOS transistors 25 and 26 constitute an open drain output type latch circuit 28.
Vin1 and Vin2 indicate the potentials of the input signals applied to the input terminals a and b, respectively. Vout1 and Vout2 indicate the potentials of the output signals output from the output terminals c and d, respectively.

また、Bias3は、PMOSトランジスタ34、35を定電流源として動作させるために与えられるバイアス電圧である。
そして、NMOSトランジスタ21のゲート端子には、Vin1が印加され、NMOSトランジスタ22のゲート端子には、Vin2が印加される。
入力Vin1とVin2とは相補的な信号であるため、NMOSトランジスタ21、22は、ラッチ回路28の2つの出力の一方のみをオフ状態、他方をオン状態にする制御を行う。
Bias3 is a bias voltage given to operate the PMOS transistors 34 and 35 as a constant current source.
Then, Vin1 is applied to the gate terminal of the NMOS transistor 21, and Vin2 is applied to the gate terminal of the NMOS transistor 22.
Since the inputs Vin1 and Vin2 are complementary signals, the NMOS transistors 21 and 22 perform control to turn off only one of the two outputs of the latch circuit 28 and turn on the other.

次いで、この差動増幅回路100の動作について、図2のタイミングチャート図を用いて説明する。
まず、1点目にNMOSトランジスタ31、33とPMOSトランジスタ34,35で構成させる増幅段の動作について説明する。
図示するように、NMOSトランジスタ31と33に繋がる入力端子a、bには、互いに相補的な論理となる差動信号Vin1、Vin2が入力されている。これを受けるNMOSトランジスタ31、33の閾値をVthと置く。
Vin1を受けるNMOSトランジスタ31について、Vin1≧Vthのとき、NMOSトランジスタ31はオン状態となり、出力端子cの放電を行うことでVout1をLレベルに向かって遷移させる。
Next, the operation of the differential amplifier circuit 100 will be described with reference to the timing chart of FIG.
First, the operation of the amplification stage constituted by the NMOS transistors 31 and 33 and the PMOS transistors 34 and 35 will be described as a first point.
As shown in the figure, differential signals Vin1 and Vin2 having complementary logic are input to input terminals a and b connected to the NMOS transistors 31 and 33, respectively. The threshold value of the NMOS transistors 31 and 33 receiving this is set to Vth.
As for the NMOS transistor 31 that receives Vin1, when Vin1 ≧ Vth, the NMOS transistor 31 is turned on, and the output terminal c is discharged to make Vout1 transition toward the L level.

また、Vin1<Vthのとき、NMOSトランジスタ31はオフ状態となり、出力端子cを定電流源として働くPMOSトランジスタ34により充電することでVout1をHレベルに向かって遷移させる。
また、Vin2及びVout2の変化についても同様の挙動となる。
すなわち、Vin2を受けるNMOSトランジスタ33について、Vin2≧VthのときNMOSトランジスタ33はオン状態となり、出力端子dの放電を行うことでVout2をLレベルに向かって遷移させる。
また、Vin2<VthのときNMOSトランジスタ33はオフ状態となり、出力端子dを定電流源として働くPMOSトランジスタ35により充電することでVout2をLレベルに向かって遷移させる。
Further, when Vin1 <Vth, the NMOS transistor 31 is turned off, and the output terminal c is charged by the PMOS transistor 34 serving as a constant current source, whereby Vout1 is shifted toward the H level.
Further, the same behavior is obtained with respect to changes in Vin2 and Vout2.
That is, for the NMOS transistor 33 that receives Vin2, when Vin2 ≧ Vth, the NMOS transistor 33 is turned on, and the output terminal d is discharged to make Vout2 transition toward the L level.
Further, when Vin2 <Vth, the NMOS transistor 33 is turned off, and the output terminal d is charged by the PMOS transistor 35 serving as a constant current source, whereby Vout2 is shifted toward the L level.

Vin1とVin2とが差動の関係であることにより、上記動作からVout1、Vout2は差動の関係となる。
なお、Vout1立ち上がり開始タイミングと、Vout2立ち下がりタイミングとが図2で若干ずれているのは、入力信号Vin1とVin2とで、NMOSトランジスタ33、35の閾値Vthを横切るタイミングがずれているためである。このタイミングのずれは、入力信号Vin1、Vin2が十分急峻であれば無視できる。
Since Vin1 and Vin2 have a differential relationship, Vout1 and Vout2 have a differential relationship from the above operation.
The reason why the Vout1 rising start timing and the Vout2 falling timing are slightly shifted in FIG. 2 is that the timing across the threshold value Vth of the NMOS transistors 33 and 35 is shifted between the input signals Vin1 and Vin2. . This timing shift can be ignored if the input signals Vin1 and Vin2 are steep enough.

次に、2点目にラッチ回路28とその出力スイッチとして働くNMOSトランジスタ21、22の動作について説明する。
NMOSトランジスタ21のゲート端子にVin1が入力され、NMOSトランジスタ22のゲート端子にVin2が入力される。NMOSトランジスタ21、22のオン・オフの制御は上記NMOSトランジスタ31、33と同様である。すなわち、Vin1≧VthのときNMOSトランジスタ21はオン状態となり、出力ラッチ回路28と出力端子cとの間を導通させる。
Next, the operation of the latch circuit 28 and the NMOS transistors 21 and 22 serving as output switches thereof will be described at the second point.
Vin1 is input to the gate terminal of the NMOS transistor 21, and Vin2 is input to the gate terminal of the NMOS transistor 22. The on / off control of the NMOS transistors 21 and 22 is the same as that of the NMOS transistors 31 and 33. That is, when Vin1 ≧ Vth, the NMOS transistor 21 is turned on, and conducts between the output latch circuit 28 and the output terminal c.

そして、Vin1<VthのときNMOSトランジスタ21は、オフ状態となり、出力ラッチ回路28と出力端子cとの間を非導通にする。
これに対し、Vin2≧VthのときNMOSトランジスタ22は、オン状態となり、出力ラッチ回路28と出力端子dとの間を導通させる。
また、Vin2<VthのときNMOSトランジスタ22は、オフ状態となり、出力ラッチ回路28と出力端子dとの間を非導通にする。
When Vin1 <Vth, the NMOS transistor 21 is turned off to make the output latch circuit 28 and the output terminal c non-conductive.
On the other hand, when Vin2 ≧ Vth, the NMOS transistor 22 is turned on and conducts between the output latch circuit 28 and the output terminal d.
Further, when Vin2 <Vth, the NMOS transistor 22 is turned off, and the output latch circuit 28 and the output terminal d are made non-conductive.

ここでNMOSトランジスタ31がオフ状態のとき、すなわちVout1をHに遷移させるときには必ずNMOSトランジスタ21がオフ状態となるようにしている。
これにより定電流源PMOSトランジスタ34がVout1電位を上げるために出力する充電電流がラッチ回路側へ逃げ出さないようにしている。
同様に、NMOSトランジスタ33がオフ状態のとき、すなわちVout2をHに遷移させるときには必ずNMOSトランジスタ22がオフ状態となるようにしている。
これにより定電流源PMOSトランジスタ35がVout2電位を上げるために出力する充電電流がラッチ回路側へ逃げ出さないようにしている。
Here, the NMOS transistor 21 is always turned off when the NMOS transistor 31 is turned off, that is, when Vout1 is transitioned to H.
As a result, the charging current output for the constant current source PMOS transistor 34 to increase the potential Vout1 is prevented from escaping to the latch circuit side.
Similarly, the NMOS transistor 22 is always turned off when the NMOS transistor 33 is turned off, that is, when Vout2 is changed to H.
As a result, the charging current output for the constant current source PMOS transistor 35 to increase the potential Vout2 is prevented from escaping to the latch circuit side.

次に、3点目にオープンドレイン出力型のラッチ回路28が本発明の差動増幅回路100に差動利得をもたせる原理について図3のタイミングチャート図を用いて説明する。
差動利得が発生する原理の説明のため、出力信号Vout1、Vout2が微小差をもち、Vout1の方がVout2よりも高い電位で停止している状態(図3の時刻t1以前の状態)を仮定する。
また、このときのVout1、Vout2の電位は、ラッチ回路28に含まれるNMOSトランジスタ25,26の閾値Vthよりも高いものとする。
Next, the principle that the open drain output type latch circuit 28 gives the differential gain to the differential amplifier circuit 100 of the present invention at the third point will be described with reference to the timing chart of FIG.
In order to explain the principle of generating the differential gain, it is assumed that the output signals Vout1 and Vout2 have a slight difference and that Vout1 is stopped at a potential higher than Vout2 (state before time t1 in FIG. 3). To do.
In addition, the potentials of Vout1 and Vout2 at this time are higher than the threshold value Vth of the NMOS transistors 25 and 26 included in the latch circuit 28.

Vout1>Vout2であることから、NMOSトランジスタ26のゲート端子電位はNMOSトランジスタ25のゲート端子電位よりも高くなる。すなわち、NMOSトランジスタ26が出力端子cから引き込む電流が、NMOSトランジスタ25が出力端子dから引き込む電流よりも大きくなる。そのため、図3の時刻t1からt2の間に示されているように、Vout2の電位の下がる傾きの方が、Vout1の電位の下がる傾きよりも急峻となる。   Since Vout1> Vout2, the gate terminal potential of the NMOS transistor 26 is higher than the gate terminal potential of the NMOS transistor 25. That is, the current that the NMOS transistor 26 draws from the output terminal c is larger than the current that the NMOS transistor 25 draws from the output terminal d. Therefore, as shown between times t1 and t2 in FIG. 3, the slope of decreasing the potential of Vout2 is steeper than the slope of decreasing the potential of Vout1.

Vout2がVthを横切る時刻t2以降は、NMOSトランジスタ25が完全にオフ状態となるため、Vout1の電位の下がりが完了し、以降電位の変化はなくなる。
一方でNMOSトランジスタ26は時刻t2以降もオン状態であるため、Vout2の電位はグランドレベルまで低下する。そして、グランドレベルに達した時刻t3以降はVout2はグランドレベルで一定となる。
After the time t2 when Vout2 crosses Vth, the NMOS transistor 25 is completely turned off, so that the decrease in the potential of Vout1 is completed and thereafter the potential does not change.
On the other hand, since the NMOS transistor 26 remains on after time t2, the potential of Vout2 drops to the ground level. After time t3 when the ground level is reached, Vout2 is constant at the ground level.

このようにして時刻t1以前はVout1とVout2との間にあった微小な電位差が時刻t3以降は大きく広げられる。すなわち、このラッチ回路が本発明の差動増幅回路100の差動利得を向上させる機能をもつ。
なお、上記説明では簡単のためスイッチ回路21、22を省略したが、スイッチ回路21、22も含めた回路で動作を再考すると、図3の状態では、Lに落とされるVout2側のスイッチ22はオン状態で、一方Vout1側のスイッチ21はオフ状態となる。
In this way, a minute potential difference between Vout1 and Vout2 before time t1 is greatly widened after time t3. That is, this latch circuit has a function of improving the differential gain of the differential amplifier circuit 100 of the present invention.
In the above description, the switch circuits 21 and 22 are omitted for simplicity. However, when the operation is reconsidered with a circuit including the switch circuits 21 and 22, in the state of FIG. 3, the switch 22 on the Vout2 side that is dropped to L is turned on. In the state, the switch 21 on the Vout1 side is turned off.

従って、図3のVout2の動作はそのままで、一方、Vout1側はスイッチ21がオフしているためにVout1電位が低下しないことになる。すなわち、時刻t1からt2に見られるVout1電位の低下がなくなり、Vout1とVout2の電位差が益々増加することになる。つまり、スイッチ回路21、22込みでも本発明の差動増幅回路100は差動利得を有することに変わりはない。   Accordingly, the operation of Vout2 in FIG. 3 is not changed, and on the other hand, the Vout1 potential does not decrease on the Vout1 side because the switch 21 is turned off. That is, the decrease in the potential Vout1 seen from time t1 to time t2 is eliminated, and the potential difference between Vout1 and Vout2 increases more and more. That is, even if the switch circuits 21 and 22 are included, the differential amplifier circuit 100 of the present invention has a differential gain.

次に、このような構成をした本発明の差動増幅回路100と、図10に示したような従来技術との差異について説明する。
図1に示すように本発明の差動増幅回路100は、入力信号Vin1、Vin2を受けるNMOSトランジスタ21、22のドレイン端子が直接、出力端子c、dに接続されており、図10に示す従来例のようにNMOSトランジスタ23、24のように出力端子c、dとの間にスイッチ回路を挟むことがない。
さらに、本発明の差動増幅回路100は、NMOSトランジスタ21、22が出力ノードを放電するためのスイッチとして使用するため、線形領域での動作も可能である。
これにより本発明の差動増幅回路100は、従来例で起こり得る電圧ヘッドルーム低下による性能劣化を回避することができる。
Next, the difference between the differential amplifier circuit 100 of the present invention configured as described above and the prior art as shown in FIG. 10 will be described.
As shown in FIG. 1, in the differential amplifier circuit 100 of the present invention, the drain terminals of NMOS transistors 21 and 22 that receive input signals Vin1 and Vin2 are directly connected to output terminals c and d. As in the example, the switch circuit is not sandwiched between the output terminals c and d like the NMOS transistors 23 and 24.
Furthermore, since the differential amplifier circuit 100 of the present invention is used as a switch for the NMOS transistors 21 and 22 to discharge the output node, it can operate in a linear region.
As a result, the differential amplifier circuit 100 of the present invention can avoid performance degradation due to voltage headroom reduction that may occur in the conventional example.

また、本発明の差動増幅回路100は、出力ノードAにHレベル出力時には、NMOSトランジスタ31がオフ状態、NMOSトランジスタ21もオフ状態という1通りの状態のみをとり、出力レベルも一意に決まる。また、Lレベル出力時には、NMOSトランジスタ31がオン状態、NMOSトランジスタ21もオン状態という1通りの状態のみをとり、出力レベルも一意に決まる。さらに、出力ノードBのLレベルとHレベルについても同様に一意に決まる。   Further, the differential amplifier circuit 100 according to the present invention takes only one state in which the NMOS transistor 31 is in the off state and the NMOS transistor 21 is in the off state when the H level is output to the output node A, and the output level is uniquely determined. At the time of L level output, only one state is assumed, in which the NMOS transistor 31 is on and the NMOS transistor 21 is on, and the output level is also uniquely determined. Further, the L level and the H level of the output node B are determined uniquely in the same manner.

これにより、従来例で起こり得るスルーモードとラッチモードといった異なるモードのために、出力ノードが異なるレベルをとってしまうことはない。すなわち、モード切り替えの度に、出力H/Lレベルの変動のために出力遅延が新たに発生するようなことはない。
また、本発明の差動増幅回路100では、NMOSトランジスタ31、33の共通ソース端子とVss2との間に定電流源を挟んでも良いが、その定電流源を使用しない場合、NMOSトランジスタ31、33と定電流源で構成される差動対の応答遅延を無くすことができる。
Thus, the output node does not take different levels due to different modes such as the through mode and the latch mode that can occur in the conventional example. That is, every time the mode is switched, a new output delay does not occur due to the fluctuation of the output H / L level.
In the differential amplifier circuit 100 of the present invention, a constant current source may be sandwiched between the common source terminal of the NMOS transistors 31 and 33 and Vss2. However, when the constant current source is not used, the NMOS transistors 31 and 33 are used. The response delay of the differential pair composed of the constant current source can be eliminated.

ここでいう差動対の応答遅延とは、差動対トランジスタのコモンソースノードの応答が遅れることにより発生する。トランジスタ31、33のゲート端子に印加される入力信号Vin1、Vin2について、初期状態ではVin1>Vin2であり、定電流は全てNMOSトランジスタ31に流れる。その後、差動入力Vin1、Vin2がクロスしてVin1=Vin2となる瞬間では、上記定電流の半分のみがNMOSトランジスタ31に流れ、残りの半分がNMOSトランジスタ31に流れる。すなわち、Vin1>Vin2時に比べ、Vin1=Vin2時には、NMOSトランジスタ33の電流量が半分となるため、そのオーバードライブ電圧は(1/√2)倍に小さくなる。これに伴い、NMOSトランジスタ31、33の共通ソースノードであるノード(ノードCとする)の電圧が、Vin1=Vin2の瞬間だけ上昇しようとする。   The response delay of the differential pair here is caused by the delay of the response of the common source node of the differential pair transistor. Regarding the input signals Vin1 and Vin2 applied to the gate terminals of the transistors 31 and 33, Vin1> Vin2 in the initial state, and all constant currents flow to the NMOS transistor 31. Thereafter, at the moment when the differential inputs Vin1 and Vin2 cross and Vin1 = Vin2, only half of the constant current flows to the NMOS transistor 31 and the remaining half flows to the NMOS transistor 31. That is, compared to when Vin1> Vin2, when Vin1 = Vin2, the current amount of the NMOS transistor 33 is halved, so the overdrive voltage is reduced by (1 / √2) times. Along with this, the voltage of the node (referred to as node C) which is the common source node of the NMOS transistors 31 and 33 tends to increase only at the moment of Vin1 = Vin2.

しかしながら、NMOSトランジスタ31、33のソース端子容量及び定電流源のドレイン容量が負荷として働くことで、このノードCの電圧上昇タイミングは、Vin1=Vin2のタイミングから遅延したものとなる。これにより差動対NMOSトランジスタ31のゲート―ソース間電位の開きが遅れ、NMOSトランジスタ31がオン状態になるのが遅れる。すなわち、出力Vout1の立ち下がりが遅れる、この増幅回路の出力遅延が増加する。上記のように定電流源を無くした場合、この応答遅延を無くすことができる。   However, the source terminal capacitance of the NMOS transistors 31 and 33 and the drain capacitance of the constant current source act as loads, so that the voltage rise timing of the node C is delayed from the timing of Vin1 = Vin2. As a result, the opening of the gate-source potential of the differential pair NMOS transistor 31 is delayed, and the NMOS transistor 31 is delayed from being turned on. That is, the output delay of the amplifier circuit, which delays the falling of the output Vout1, is increased. When the constant current source is eliminated as described above, this response delay can be eliminated.

なお、本発明の差動増幅回路100は、Vdd(電源)と、Vss(グランド)、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを入れ替えても構成することができる。
また、本実施の形態では、全てMOSトランジスタで構成したが、バイポーラトランジスタで構成しても構わない。また、ソース端子をエミッタ端子に、ドレイン端子をコレクタ端子に、そしてゲート端子をベース端子にそれぞれ対応させて、PMOSトランジスタの代わりにPNPバイポーラトランジスタを用い、NMOSトランジスタの代わりにNPNバイポーラトランジスタを用いても良い。
The differential amplifier circuit 100 of the present invention can also be configured by replacing Vdd (power supply), Vss (ground), NMOS transistor, and PMOS transistor.
Further, in the present embodiment, all are constituted by MOS transistors, but may be constituted by bipolar transistors. Also, the source terminal corresponds to the emitter terminal, the drain terminal corresponds to the collector terminal, the gate terminal corresponds to the base terminal, a PNP bipolar transistor is used instead of the PMOS transistor, and an NPN bipolar transistor is used instead of the NMOS transistor. Also good.

(第2の実施形態)
次に、図4は本発明に係る差動増幅回路100の第2の実施形態を示した回路構成図である。
図において、符号1は電源電圧(Vdd)、2はグランド電圧(Vcc)、34、35はそれぞれソース端子がVdd1に接続されたPMOSトランジスタであり、定電流源として機能する。36、37は上記PMOSトランジスタ34、35のドレイン端子にカスコード接続されたPMOSトランジスタである。21、22、25、26、31、33はNMOSトランジスタである。また、a、bはそれぞれ入力信号が入力される入力端子、c、dは論理信号が出力される出力端子、A、Bはそれぞれ出力端子c、dが接続されるノードである。その他の符号もしくは記号は上記第1の実施の形態(図1)と同一または相当するものを示す。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the differential amplifier circuit 100 according to the present invention.
In the figure, reference numeral 1 is a power supply voltage (Vdd), 2 is a ground voltage (Vcc), and 34 and 35 are PMOS transistors each having a source terminal connected to Vdd1 and function as a constant current source. PMOS transistors 36 and 37 are cascode-connected to the drain terminals of the PMOS transistors 34 and 35. Reference numerals 21, 22, 25, 26, 31, and 33 denote NMOS transistors. Further, a and b are input terminals to which input signals are input, c and d are output terminals from which logic signals are output, and A and B are nodes to which the output terminals c and d are connected, respectively. The other symbols or symbols indicate the same or corresponding ones as in the first embodiment (FIG. 1).

このような構成をした本実施の形態に係る差動増幅回路100の基本的な動作は、上記第1の実施形態の場合と同じであるが、第1の実施形態では、出力ノードA、Bに直接、定電流源PMOSトランジスタ34、35が接続されているため、PMOSトランジスタ34、35のドレイン容量が出力ノードに直接付加し、出力遅延が大きくなる可能性がある。
そのため、本実施の形態では、PMOSトランジスタ34、35と出力ノードとの間に、ドレイン面積の小さいカスコードPMOSトランジスタ36、37を挿入したものである。
The basic operation of the differential amplifier circuit 100 according to the present embodiment configured as described above is the same as that in the first embodiment, but in the first embodiment, the output nodes A and B Since the constant current source PMOS transistors 34 and 35 are directly connected to each other, the drain capacitance of the PMOS transistors 34 and 35 may be directly added to the output node, which may increase the output delay.
Therefore, in this embodiment, cascode PMOS transistors 36 and 37 having a small drain area are inserted between the PMOS transistors 34 and 35 and the output node.

このPMOSトランジスタ36、37は、飽和領域で動作しているため、そのソース端子側の負荷容量はピンチオフ現象によりドレイン端子からは見えなくなる。そのため、出力ノードA、Bの負荷容量のうちPMOSトランジスタ起因であるものは、ドレイン容量の小さい36、37のみで済み、上記の第1の実施形態の構成に比べて高速動作が可能となる。
PMOSトランジスタ36、37はPMOSトランジスタ34、35のドレイン−ソース端子間電圧を低下させるため、PMOSトランジスタ34、35の電圧ヘッドルームに余裕がある場合のみ、本実施形態の構成を使用することができる。
Since the PMOS transistors 36 and 37 operate in the saturation region, the load capacitance on the source terminal side becomes invisible from the drain terminal due to the pinch-off phenomenon. For this reason, the load capacitances of the output nodes A and B that are attributable to the PMOS transistor are only 36 and 37 having a small drain capacitance, and can operate at a higher speed than the configuration of the first embodiment.
Since the PMOS transistors 36 and 37 lower the voltage between the drain and source terminals of the PMOS transistors 34 and 35, the configuration of this embodiment can be used only when the voltage headroom of the PMOS transistors 34 and 35 has a margin. .

(第3の実施形態)
次に、図5は本発明に係る差動増幅回路100の第3の実施形態を示した回路構成図である。
上記の実施形態と同様に、符号1は電源電圧(Vdd)、2はグランド電圧(Vcc)、34、35はそれぞれソース端子がVdd1に接続されたPMOSトランジスタで定電流源として機能する。また、符号31、33、21、22、25、26、はNMOSトランジスタである。また、a、bはそれぞれ入力信号が入力される入力端子、c、dは論理信号が出力される出力端子、A、Bはそれぞれ出力端子c、dが接続されるノードである。その他の符号もしくは記号は図1と同一または相当するものを示す。
(Third embodiment)
Next, FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a third embodiment of the differential amplifier circuit 100 according to the present invention.
Similar to the above embodiment, reference numeral 1 is a power supply voltage (Vdd), 2 is a ground voltage (Vcc), and 34 and 35 are PMOS transistors whose source terminals are connected to Vdd1, respectively, and function as constant current sources. Reference numerals 31, 33, 21, 22, 25, and 26 are NMOS transistors. Further, a and b are input terminals to which input signals are input, c and d are output terminals from which logic signals are output, and A and B are nodes to which the output terminals c and d are connected, respectively. Other symbols or symbols are the same as or equivalent to those in FIG.

そして、本実施の形態に係る差動増幅回路100にあっては、さらに倫理バッファ回路38を備えた構成となっている。すなわち、このバッファ回路38は、入力端子が上記NMOSトランジスタ31、33の各制御端子に接続され、出力端子がNMOSトランジスタ21、22にそれぞれ接続されている。
このような構成をした本実施の形態に係る差動増幅回路100の基本的な動作は、上記第1の実施形態の場合と同じであるが、第1の実施形態では、入力信号Vin1、Vin2の遷移が緩やかな場合、出力Vout1、Vout2のレベルがHレベルとHレベル、またはLレベルとLレベルとなってしまい、差動論理として不定となってしまう可能性がある。
The differential amplifier circuit 100 according to the present embodiment further includes an ethical buffer circuit 38. That is, the buffer circuit 38 has an input terminal connected to the control terminals of the NMOS transistors 31 and 33 and an output terminal connected to the NMOS transistors 21 and 22, respectively.
The basic operation of the differential amplifier circuit 100 according to the present embodiment configured as described above is the same as that in the first embodiment, but in the first embodiment, the input signals Vin1 and Vin2 are the same. When the transition of the output voltage is slow, the levels of the outputs Vout1 and Vout2 become H level and H level, or L level and L level, which may make the differential logic undefined.

図6はこの挙動を説明するためのタイミングチャート図の例である。
図6の例では、入力Vin1とVin2のクロスポイント電位が、NMOSトランジスタ31、33の閾値Vthよりも高いために、NMOSトランジスタ31、33の両者がともにON状態となる期間が発生する。さらには、入力Vin1、Vin2の遷移が緩やかなことにより、NMOSトランジスタ31、33の両者がON状態となる期間が長くなっている。そのため、出力ノードA、Bが放電される期間が長くなり、出力ノードA、BがともにLレベルとなる期間が発生してしまう。
FIG. 6 is an example of a timing chart for explaining this behavior.
In the example of FIG. 6, since the cross-point potential of the inputs Vin1 and Vin2 is higher than the threshold value Vth of the NMOS transistors 31 and 33, a period in which both the NMOS transistors 31 and 33 are in the ON state occurs. Furthermore, since the transitions of the inputs Vin1 and Vin2 are gentle, the period during which both the NMOS transistors 31 and 33 are in the ON state is lengthened. Therefore, the period during which the output nodes A and B are discharged becomes long, and a period in which both the output nodes A and B are at the L level occurs.

入力Vin1とVin2の遷移を十分急峻にすることで、上記のように出力がいずれもLとなってしまうような期間が十分短くなり、その影響を無視できるようになる。そのための手段の一つとして、入力端子の負荷容量を低減する方法が挙げられる。
本実施の形態では、上述したように、入力端子aとNMOSトランジスタ21のゲート端子との間、及び入力端子bとNMOSトランジスタ22との間に論理バッファ回路38を挿入している。
これにより入力端子a、bの負荷容量のうち、NMOSトランジスタ21、22のゲート容量分を削減でき、入力Vin1、Vin2の遷移を急峻にすることができる。
By making the transition of the inputs Vin1 and Vin2 sufficiently steep, the period during which both outputs become L as described above becomes sufficiently short, and the influence can be ignored. As one of means for that purpose, there is a method of reducing the load capacity of the input terminal.
In the present embodiment, as described above, the logic buffer circuit 38 is inserted between the input terminal a and the gate terminal of the NMOS transistor 21 and between the input terminal b and the NMOS transistor 22.
As a result, the gate capacitance of the NMOS transistors 21 and 22 among the load capacitances of the input terminals a and b can be reduced, and the transitions of the inputs Vin1 and Vin2 can be made steep.

(第4の実施形態)
次に、図7は本発明に係る差動増幅回路100の第4の実施形態を示した回路構成図である。
上記の実施形態と同様に、符号1は電源電圧(Vdd)、2はグランド電圧(Vcc)、34、35はそれぞれソース端子がVdd1に接続されたPMOSトランジスタで定電流源として機能する。また、符号31、33、21、22、25、26、はNMOSトランジスタである。また、a、bはそれぞれ入力信号が入力される入力端子、c、dは論理信号が出力される出力端子、A、Bはそれぞれ出力端子c、dが接続されるノードである。その他の符号もしくは記号は図1と同一または相当するものを示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the differential amplifier circuit 100 according to the present invention.
Similar to the above embodiment, reference numeral 1 is a power supply voltage (Vdd), 2 is a ground voltage (Vcc), and 34 and 35 are PMOS transistors whose source terminals are connected to Vdd1, respectively, and function as constant current sources. Reference numerals 31, 33, 21, 22, 25, and 26 are NMOS transistors. Further, a and b are input terminals to which input signals are input, c and d are output terminals from which logic signals are output, and A and B are nodes to which the output terminals c and d are connected, respectively. Other symbols or symbols are the same as or equivalent to those in FIG.

そして、本実施の形態に係る差動増幅回路100にあっては、上記第3の実施の形態と同様にさらに倫理バッファ回路38を備えた構成となっているが、上記第3の実施の形態と異なり、このバッファ回路38は、出力端子が上記NMOSトランジスタ31、33の各制御端子に接続され、入力端子がNMOSトランジスタ21、22にそれぞれ接続された構成となっている。   In the differential amplifier circuit 100 according to the present embodiment, the ethics buffer circuit 38 is further provided as in the third embodiment, but the third embodiment is described. Unlike the buffer circuit 38, the output terminal is connected to the control terminals of the NMOS transistors 31 and 33, and the input terminal is connected to the NMOS transistors 21 and 22, respectively.

この差動増幅回路100の基本的な動作は、上記第3の実施形態の場合と同じである。上記第3の実施形態においては、入力端子の負荷容量を低減するために、NMOSトランジスタ21、22のゲート容量分を削減したが、代わりにNMOSトランジスタ31、33のゲート容量分を削減することもできる。
そして、本実施の形態では、入力端子aとNMOSトランジスタ31のゲート端子との間、及び入力端子bとNMOSトランジスタ33との間に論理バッファ回路38を挿入しているため、入力端子a、bの負荷容量のうち、NMOSトランジスタ31、33のゲート容量分を削減でき、入力Vin1、Vin2の遷移を急峻にすることができる。
The basic operation of the differential amplifier circuit 100 is the same as that of the third embodiment. In the third embodiment, the gate capacitance of the NMOS transistors 21 and 22 is reduced in order to reduce the load capacitance of the input terminal, but the gate capacitance of the NMOS transistors 31 and 33 may be reduced instead. it can.
In this embodiment, since the logic buffer circuit 38 is inserted between the input terminal a and the gate terminal of the NMOS transistor 31 and between the input terminal b and the NMOS transistor 33, the input terminals a and b The gate capacitance of the NMOS transistors 31 and 33 can be reduced, and the transition of the inputs Vin1 and Vin2 can be made steep.

(第5の実施形態)
次に、図8は本発明に係る差動増幅回路100の第5の実施形態を示したものであり、この差動増幅回路100を複数用いた新規なリングオシレータ回路200を示したものである。
図示するように、このリングオシレータ回路200は、前述した本発明に係る差動増幅回路100がN段用意され、各々の差動増幅回路100がリング状に縦続接続された構成となっている。なお、個々の差動増幅回路100の基本的な動作は、上述した通りである。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 8 shows a fifth embodiment of a differential amplifier circuit 100 according to the present invention, and shows a novel ring oscillator circuit 200 using a plurality of differential amplifier circuits 100. .
As shown in the figure, this ring oscillator circuit 200 has a configuration in which the above-described differential amplifier circuit 100 according to the present invention is prepared in N stages, and each differential amplifier circuit 100 is cascade-connected in a ring shape. The basic operation of each differential amplifier circuit 100 is as described above.

特に、2つのトランジスタをペアにした差動対を使用していない差動増幅回路を利用した場合、このような構成をしたリングオシレータ回路200では、個々の差動増幅回路100において、従来技術の差動対トランジスタによる出力遅延分も削減されている。これにより、リングオシレータ全体の発振周波数ばらつきを改善することもできる。
図9は、差動増幅回路の段数N=3とした場合の、従来技術(図9(a))及び本発明(図9(b))に係る各々の差動増幅回路の差動出力を示したタイミングチャートである。は、
In particular, when a differential amplifier circuit that does not use a differential pair in which two transistors are paired is used, in the ring oscillator circuit 200 configured as described above, each of the differential amplifier circuits 100 includes a conventional amplifier. The output delay due to the differential pair transistor is also reduced. Thereby, the oscillation frequency variation of the entire ring oscillator can also be improved.
FIG. 9 shows the differential output of each differential amplifier circuit according to the prior art (FIG. 9A) and the present invention (FIG. 9B) when the number of stages of differential amplifier circuits is N = 3. It is the timing chart shown. Is

図9(a)において、τ及びΔτは各々の差動増幅回路の出力遅延量を表す。Δτは差動対トランジスタによる出力遅延分を表し、τは、それ以外の要因による出力遅延分を表す。
また、図9(b)において、τは1個の差動増幅回路における全遅延量を表す。
図9(a)において、リングオシレータの発振周波数foscは、以下の式(4)で表される。
fosc=6/(τ+Δτ)…(4)
In FIG. 9A, τ and Δτ represent the output delay amount of each differential amplifier circuit. Δτ represents the output delay due to the differential pair transistor, and τ represents the output delay due to other factors.
In FIG. 9B, τ represents the total delay amount in one differential amplifier circuit.
In FIG. 9A, the oscillation frequency fosc of the ring oscillator is expressed by the following equation (4).
fosc = 6 / (τ + Δτ) (4)

このΔτが製造プロセス・電源電圧・温度により変動することでリングオシレータの発振周波数が変動してしまう。
一方で、図9(b)において、リングオシレータの発振周波数foscは、以下の式(5)で表され、差動対による出力遅延は含まれない。
fosc=6/τ…(5)
よって、本発明のリングオシレータ回路200によれば、製造プロセス・電源電圧・温度が変動しても従来技術に比べてリングオシレータの発振周波数の変動を低減させることができる。
This Δτ varies depending on the manufacturing process, the power supply voltage, and the temperature, so that the oscillation frequency of the ring oscillator varies.
On the other hand, in FIG. 9B, the oscillation frequency fosc of the ring oscillator is expressed by the following equation (5) and does not include output delay due to the differential pair.
fosc = 6 / τ (5)
Therefore, according to the ring oscillator circuit 200 of the present invention, fluctuations in the oscillation frequency of the ring oscillator can be reduced compared with the prior art even if the manufacturing process, power supply voltage, and temperature fluctuate.

本発明に係る差動増幅回路100の第1の実施形態を示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of a differential amplifier circuit 100 according to the present invention. 第1の実施形態に係る差動増幅回路100の時間に対する各回路の情愛と出力信号の電位の様子を示すタイミングチャート図である。FIG. 3 is a timing chart showing the affection of each circuit and the potential of an output signal with respect to time of the differential amplifier circuit 100 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る差動増幅回路100が差動利得を有することを示すタイミングチャート図である。It is a timing chart figure showing that differential amplifier circuit 100 concerning a 1st embodiment has differential gain. 本発明に係る差動増幅回路100の第2の実施形態を示す回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of a differential amplifier circuit 100 according to the present invention. 本発明に係る差動増幅回路100の第3の実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows 3rd Embodiment of the differential amplifier circuit 100 which concerns on this invention. 第1の実施形態に係る差動増幅回路100において、入力差動信号の遷移が穏やかな場合の出力信号の挙動を示すタイミングチャート図である。FIG. 6 is a timing chart illustrating the behavior of an output signal when a transition of an input differential signal is gentle in the differential amplifier circuit 100 according to the first embodiment. 本発明に係る差動増幅回路100の第4の実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows 4th Embodiment of the differential amplifier circuit 100 which concerns on this invention. 本発明に係る差動増幅回路100を複数段、リング状に縦続接続してなるリングオシレータ回路200を示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram showing a ring oscillator circuit 200 formed by cascading a plurality of differential amplifier circuits 100 according to the present invention in a ring shape. FIG. (a)は、従来のリングオシレータ回路動作であって差動対の応答遅延を考慮した場合のタイミングチャート図である。(b)は、本発明に係るリングオシレータ回路200の回路動作を説明するためのタイミングチャート図である。(A) is a timing chart when the response delay of the differential pair is considered in the conventional ring oscillator circuit operation. (B) is a timing chart for explaining the circuit operation of the ring oscillator circuit 200 according to the present invention. 従来の差動増幅回路の一例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an example of the conventional differential amplifier circuit. 差動ラッチ回路を用いた従来の電圧比較器の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional voltage comparator using a differential latch circuit. 差動増幅回路のモード切替時の出力動作点変動を示したタイミングチャート図である。FIG. 6 is a timing chart illustrating output operating point fluctuations when the differential amplifier circuit is switched in mode.

符号の説明Explanation of symbols

100…差動増幅回路
200…リングオシレータ回路
1…電源電圧(Vdd)
2…グランド電圧(Vss)
21、22…NMOSトランジスタ(スイッチ回路)
25、26…NMOSトランジスタ
28…ラッチ回路
31、33…NMOSトランジスタ(第1及び第2のトランジスタ)
34、35…PMOSトランジスタ(第1及び第2の定電流源(第3及び第4のトランジスタ))
36、37…PMOSトランジスタ(第4及び第6のトランジスタ)
38…バッファ回路
A、B…出力ノード
a、b…入力端子
c、d…出力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Differential amplifier circuit 200 ... Ring oscillator circuit 1 ... Power supply voltage (Vdd)
2 ... Ground voltage (Vss)
21, 22 ... NMOS transistors (switch circuits)
25, 26 ... NMOS transistor 28 ... Latch circuit 31, 33 ... NMOS transistor (first and second transistors)
34, 35 ... PMOS transistors (first and second constant current sources (third and fourth transistors))
36, 37 ... PMOS transistors (fourth and sixth transistors)
38 ... Buffer circuit A, B ... Output node a, b ... Input terminal c, d ... Output terminal

Claims (11)

第1及び第2のトランジスタと、第1及び第2の定電流源と、ラッチ回路と、第1及び第2のスイッチ回路とを含み、
上記第1のトランジスタは、
ドレイン端子が第1の出力端子の接続ノードである第1の出力ノードに接続され、ソース端子が第1の電源端子に接続され、ゲート端子が第1の入力端子に接続されており、
上記第2のトランジスタは、
ドレイン端子が第2の出力端子の接続ノードである第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が第2の入力端子に接続されており、
上記第1の定電流源は、
ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ソース端子が第2の電源端子に接続されており、
上記第2の定電流源は、
ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記第2の電源端子に接続されており、
上記ラッチ回路は、
上記第1の出力ノード及び第2の出力ノードからの信号を入力し、それらの信号電圧から、上記第1の電源端子をグランドレベルとしたLレベル信号及びHi−Z信号を生成し、上記第1及び第2の出力端子に保持させるオープンドレイン出力型となっており、
上記第1のスイッチ回路は、
上記第1の出力端子と上記ラッチ回路との間に接続され、制御端子が上記第1の入力端子に接続されており、
上記第2のスイッチ回路は、
上記第2の出力端子と上記ラッチ回路との間に接続され、制御端子が上記第2の入力端子に接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
Including first and second transistors, first and second constant current sources, a latch circuit, and first and second switch circuits;
The first transistor is
The drain terminal is connected to a first output node that is a connection node of the first output terminal, the source terminal is connected to the first power supply terminal, and the gate terminal is connected to the first input terminal,
The second transistor is
A drain terminal connected to a second output node which is a connection node of the second output terminal, a source terminal connected to the first power supply terminal, and a gate terminal connected to the second input terminal;
The first constant current source is
A drain terminal connected to the first output node, a source terminal connected to a second power supply terminal,
The second constant current source is
A drain terminal connected to the second output node, a source terminal connected to the second power supply terminal,
The latch circuit is
Signals from the first output node and the second output node are input, and an L level signal and a Hi-Z signal with the first power supply terminal as a ground level are generated from the signal voltages. It is an open drain output type that is held at the first and second output terminals,
The first switch circuit includes:
Connected between the first output terminal and the latch circuit, and a control terminal is connected to the first input terminal;
The second switch circuit includes:
A differential amplifier circuit, wherein the differential amplifier circuit is connected between the second output terminal and the latch circuit, and a control terminal is connected to the second input terminal.
請求項1に記載の差動増幅回路において、
上記第1のスイッチ回路は、上記第1のトランジスタの非通電状態が開始すると同時に非通電となり、
上記第2のスイッチ回路は、上記第2のトランジスタの非通電状態が開始すると同時に非通電となることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to claim 1,
The first switch circuit is de-energized at the same time as the de-energization state of the first transistor starts,
The differential amplifier circuit, wherein the second switch circuit is de-energized at the same time as the de-energization state of the second transistor is started.
請求項1または2に記載の差動増幅回路において、
上記第1の定電流源は、
ソース端子が上記第2の電源端子に接続され、ゲート端子に定電圧が印加された第3のトランジスタと、ソース端子が上記第3のトランジスタのドレイン端子に接続され、ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ゲート端子に定電圧が印加された第4のトランジスタとからなり、
上記第2の定電流源は、
ソース端子が上記第2の電源端子に接続され、ゲート端子に上記第3のトランジスタのゲート端子と同じ定電圧が印加された第5のトランジスタと、ソース端子が上記第5のトランジスタのドレイン端子に接続され、ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ゲート端子に上記第4のトランジスタのゲート端子と同じ定電圧が印加された第6のトランジスタとからなることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to claim 1 or 2,
The first constant current source is
A third terminal having a source terminal connected to the second power supply terminal, a constant voltage applied to the gate terminal, a source terminal connected to the drain terminal of the third transistor, and a drain terminal connected to the first transistor A fourth transistor connected to the output node and having a constant voltage applied to the gate terminal;
The second constant current source is
A fifth transistor having a source terminal connected to the second power supply terminal, a gate terminal applied with the same constant voltage as the gate terminal of the third transistor, and a source terminal connected to the drain terminal of the fifth transistor; And a sixth transistor having a drain terminal connected to the second output node and a gate terminal applied with the same constant voltage as the gate terminal of the fourth transistor. circuit.
請求項3記載の差動増幅回路において、
上記第4のトランジスタと上記第6のトランジスタのドレイン面積は、上記第3のトランジスタと上記第5のトランジスタのドレイン面積よりも小さいことを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to claim 3,
The differential amplifier circuit, wherein drain areas of the fourth transistor and the sixth transistor are smaller than drain areas of the third transistor and the fifth transistor.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
上記ラッチ回路は、2つのトランジスタからなり、
一方のトランジスタは、
ドレイン端子が上記第1のスイッチ回路に接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が上記第2の出力ノードに接続されており、
他方のトランジスタは、
ドレイン端子が上記第2のスイッチ回路に接続され、ソース端子が上記第1の電源端子に接続され、ゲート端子が上記第1の出力ノードに接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4,
The latch circuit is composed of two transistors,
One transistor is
A drain terminal connected to the first switch circuit, a source terminal connected to the first power supply terminal, a gate terminal connected to the second output node;
The other transistor is
A differential amplifier circuit, wherein a drain terminal is connected to the second switch circuit, a source terminal is connected to the first power supply terminal, and a gate terminal is connected to the first output node.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
上記第1及び第2のスイッチ回路は、それぞれトランジスタからなり、
上記第1のスイッチ回路のトランジスタは、
ドレイン端子が上記第1の出力ノードに接続され、ソース端子が上記ラッチ回路に接続され、ゲート端子が上記第1の入力端子に接続されており、
上記第2のスイッチ回路のトランジスタは、
ドレイン端子が上記第2の出力ノードに接続され、ソース端子が上記ラッチ回路に接続され、ゲート端子が上記第2の入力端子に接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 5,
The first and second switch circuits are each composed of a transistor,
The transistor of the first switch circuit is
A drain terminal connected to the first output node, a source terminal connected to the latch circuit, a gate terminal connected to the first input terminal;
The transistor of the second switch circuit is
A differential amplifier circuit characterized in that a drain terminal is connected to the second output node, a source terminal is connected to the latch circuit, and a gate terminal is connected to the second input terminal.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
さらにバッファ回路を備え、
当該バッファ回路は、
入力端子が上記第1のトランジスタの制御端子と上記第2のトランジスタの制御端子とに接続され、出力端子が上記第1のスイッチ回路と上記第2のスイッチ回路とに接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 6,
Furthermore, a buffer circuit is provided,
The buffer circuit
An input terminal is connected to a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor, and an output terminal is connected to the first switch circuit and the second switch circuit. A differential amplifier circuit.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
さらにバッファ回路を備え、
当該バッファ回路は、
入力端子が上記第1のスイッチ回路と上記第2のスイッチ回路とに接続され、出力端子が上記第1のトランジスタの制御端子と上記第2のトランジスタの制御端子とに接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 6,
Furthermore, a buffer circuit is provided,
The buffer circuit
An input terminal is connected to the first switch circuit and the second switch circuit, and an output terminal is connected to a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor. A differential amplifier circuit.
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
上記第1のトランジスタの上記ソース端子及び上記第2のトランジスタの上記ソース端子の共通接続点と、前記第1の電源端子との間が直接接続されていることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 8,
A differential amplifier circuit, wherein a common connection point between the source terminal of the first transistor and the source terminal of the second transistor and the first power supply terminal are directly connected.
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の差動増幅回路において、
上記第1のトランジスタの上記ソース端子及び上記第2のトランジスタの上記ソース端子の共通接続点と、前記第1の電源端子との間に定電流源を備えることを特徴とする差動増幅回路。
The differential amplifier circuit according to any one of claims 1 to 8,
A differential amplifier circuit comprising a constant current source between a common connection point of the source terminal of the first transistor and the source terminal of the second transistor and the first power supply terminal.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の差動増幅回路を複数個有し、当該各差動増幅回路に流れる電流量を設定して発振周波数を制御することを特徴とするリングオシレータ回路。   11. A ring oscillator circuit comprising a plurality of differential amplifier circuits according to claim 1, wherein the oscillation frequency is controlled by setting an amount of current flowing through each differential amplifier circuit. .
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