JP2011135278A - Operational amplifier - Google Patents

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Yasunari Fujii
康徳 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operational amplifier superior in jitter characteristics. <P>SOLUTION: The operational amplifier includes a first differential amplifier PA which contains a first PMOS transistor pair of PM6 and PM7 in which each gate is input with a differential input signal, a second differential amplifier NA which contains a first NMOS transistor pair of NM13 and NM14 in which each gate is input with a differential input signal, an in-phase component detection unit 1 which detects an in-phase component of the differential input signal, a high frequency component removing part 2 which removes a high frequency component from the in-phase component, and a control signal generation unit 3 which generates a control signal that stops operation of the first differential amplifier PA if a common mode voltage of the differential input signal is higher than a first reference voltage, but stops operation of the second differential amplifier NA if the common mode voltage is lower than a second reference voltage (where, the second reference voltage is lower than the first reference voltage). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、演算増幅器に関し、特にレール・ツー・レール型の演算増幅器に関する。   The present invention relates to an operational amplifier, and more particularly to a rail-to-rail operational amplifier.

低電位電源電圧VSS近傍から高電位電源電圧VDD近傍までの入力コモンモード電圧(入力同相電圧)に使用することができるレール・ツー・レール型の演算増幅器が知られている。例えば特許文献1には、PMOS入力ペアを有する差動増幅回路と、NMOS入力ペアを有する差動増幅回路と、を備えるレール・ツー・レール型演算増幅器が開示されている。   A rail-to-rail operational amplifier that can be used as an input common mode voltage (input common-mode voltage) from the vicinity of the low potential power supply voltage VSS to the vicinity of the high potential power supply voltage VDD is known. For example, Patent Document 1 discloses a rail-to-rail operational amplifier including a differential amplifier circuit having a PMOS input pair and a differential amplifier circuit having an NMOS input pair.

このようなレール・ツー・レール型演算増幅器では、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSS側である場合には、主にPMOS入力ペアを有する差動増幅回路が動作し、入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDD側である場合には、主にNMOS入力ペアを有する差動増幅回路が動作する。即ち、PMOS入力ペアを有する差動増幅回路とNMOS入力ペアを有する差動増幅回路とが、入力コモンモード電圧に応じて相補的に動作する。   In such a rail-to-rail operational amplifier, when the input common mode voltage is on the low potential power supply voltage VSS side, a differential amplifier circuit mainly having a PMOS input pair operates, and the input common mode voltage is In the case of the high potential power supply voltage VDD side, a differential amplifier circuit mainly having an NMOS input pair operates. That is, a differential amplifier circuit having a PMOS input pair and a differential amplifier circuit having an NMOS input pair operate in a complementary manner according to the input common mode voltage.

特開平6−85570号公報JP-A-6-85570

ところが、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSS近傍になると、NMOS入力ペアを有する差動増幅回路の動作が不安定になる。一方、入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDD近傍になると、PMOS入力ペアを有する差動増幅回路の動作が不安定になる。そのため、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSや高電位電源電圧VDDの近傍になると、出力信号の雑音いわゆるジッタが増加するという問題があった。   However, when the input common mode voltage is close to the low potential power supply voltage VSS, the operation of the differential amplifier circuit having the NMOS input pair becomes unstable. On the other hand, when the input common mode voltage is near the high potential power supply voltage VDD, the operation of the differential amplifier circuit having the PMOS input pair becomes unstable. Therefore, when the input common mode voltage is in the vicinity of the low potential power supply voltage VSS or the high potential power supply voltage VDD, there is a problem that noise of the output signal, that is, jitter increases.

本発明に係る演算増幅器は、
各ゲートに差動入力信号が入力される第1PMOSトランジスタ対を有する第1差動増幅器と、
各ゲートに前記差動入力信号が入力される第1NMOSトランジスタ対を有する第2差動増幅器と、
前記差動入力信号の同相成分を検出する同相成分検出部と、
前記同相成分から高周波成分を除去する高周波成分除去部と、
前記高周波成分が除去された同相成分に基づいて、前記差動入力信号のコモンモード電圧が第1基準電圧より高い場合、前記第1差動増幅器の動作を停止し、前記コモンモード電圧が第2基準電圧より低い場合(ただし、当該第2基準電圧は前記第1基準電圧より低い)、前記第2差動増幅器の動作を停止するための制御信号を発生する制御信号発生部と、を備えたものである。
An operational amplifier according to the present invention includes:
A first differential amplifier having a first PMOS transistor pair with a differential input signal input to each gate;
A second differential amplifier having a first NMOS transistor pair to which the differential input signal is input to each gate;
An in-phase component detector for detecting an in-phase component of the differential input signal;
A high-frequency component removing unit that removes a high-frequency component from the in-phase component;
When the common mode voltage of the differential input signal is higher than the first reference voltage based on the common-mode component from which the high frequency component has been removed, the operation of the first differential amplifier is stopped, and the common mode voltage is A control signal generator for generating a control signal for stopping the operation of the second differential amplifier when the voltage is lower than a reference voltage (however, the second reference voltage is lower than the first reference voltage). Is.

本発明では、高周波成分が除去された同相成分に基づいて、差動入力信号のコモンモード電圧が第1基準電圧より高い場合、第1差動増幅器の動作を停止し、コモンモード電圧が第2基準電圧より低い場合、第2差動増幅器の動作を停止する。そのため、ジッタ特性に優れる演算増幅器を提供することができる。   In the present invention, when the common mode voltage of the differential input signal is higher than the first reference voltage based on the in-phase component from which the high frequency component has been removed, the operation of the first differential amplifier is stopped, and the common mode voltage is When lower than the reference voltage, the operation of the second differential amplifier is stopped. Therefore, an operational amplifier having excellent jitter characteristics can be provided.

本発明によれば、ジッタ特性に優れる演算増幅器を提供することができる。   According to the present invention, an operational amplifier having excellent jitter characteristics can be provided.

実施の形態1に係る演算増幅器のブロック図である。2 is a block diagram of an operational amplifier according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の実施例に係る演算増幅器の回路図である。3 is a circuit diagram of an operational amplifier according to an example of the first embodiment. FIG. 比較例に係る演算増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the operational amplifier which concerns on a comparative example. 実施例及び比較例に係る演算増幅器のジッタ特性を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the jitter characteristic of the operational amplifier which concerns on an Example and a comparative example.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.

(実施の形態1)
図1を参照して本発明の第1の実施の形態に係る演算増幅器について説明する。実施の形態1に係る演算増幅器のブロック図である。図1に示すように、本実施の形態1に係る演算増幅器は、PMOS入力差動増幅回路PAとNMOS入力差動増幅回路NAとを備えるレール・ツー・レール型演算増幅器である。さらに、本実施の形態1に係る演算増幅器は、同相成分検出部1、高周波成分除去部2、制御信号発生部3を備えている。
(Embodiment 1)
An operational amplifier according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 is a block diagram of an operational amplifier according to the first embodiment. FIG. As shown in FIG. 1, the operational amplifier according to the first embodiment is a rail-to-rail operational amplifier including a PMOS input differential amplifier circuit PA and an NMOS input differential amplifier circuit NA. Furthermore, the operational amplifier according to the first embodiment includes an in-phase component detection unit 1, a high frequency component removal unit 2, and a control signal generation unit 3.

PMOS入力差動増幅回路PAとNMOS入力差動増幅回路NAとには、それぞれ差動入力信号INP、INNが入力される。また、同相成分検出部1にも差動入力信号INP、INNが入力され、差動入力信号の同相成分検出部が検出される。この入力コモンモード電圧の高周波成分が、高周波成分除去部2により除去される。   Differential input signals INP and INN are input to the PMOS input differential amplifier circuit PA and the NMOS input differential amplifier circuit NA, respectively. Further, the differential input signals INP and INN are also input to the in-phase component detector 1, and the in-phase component detector of the differential input signal is detected. The high frequency component of the input common mode voltage is removed by the high frequency component removing unit 2.

高周波成分が除去された同相成分に基づいて、PMOS入力差動増幅回路PAとNMOS入力差動増幅回路NAの動作を制御するための制御信号が、制御信号発生部3により生成される。具体的には、この制御信号により、入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDDに近づいて、所定の第1の基準信号より大きくなった場合、PMOS入力差動増幅回路PAの動作が停止する。また、この制御信号により、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSに近づいて、所定の第2の基準信号より小さくなった場合、NMOS入力差動増幅回路NAの動作が停止する。なお、第1及び第2の基準信号の間では、PMOS入力差動増幅回路PAとNMOS入力差動増幅回路NAの両方が動作する。   A control signal for controlling operations of the PMOS input differential amplifier circuit PA and the NMOS input differential amplifier circuit NA is generated by the control signal generator 3 based on the in-phase component from which the high frequency component has been removed. Specifically, when the input common mode voltage approaches the high potential power supply voltage VDD and becomes larger than the predetermined first reference signal by this control signal, the operation of the PMOS input differential amplifier circuit PA is stopped. In addition, when the input common mode voltage approaches the low potential power supply voltage VSS and becomes smaller than the predetermined second reference signal by this control signal, the operation of the NMOS input differential amplifier circuit NA is stopped. Note that both the PMOS input differential amplifier circuit PA and the NMOS input differential amplifier circuit NA operate between the first and second reference signals.

図2は、実施の形態1の実施例に係る演算増幅器の回路図である。この演算増幅器は、定電流源CS、NMOSトランジスタNM1〜NM18、PMOSトランジスタPM1〜PM17、スイッチSW1〜SW4、抵抗R1〜R4、容量C1、C2、ヒステリシスコンパレータX1、X4、インバータX2、X3、X5〜X8を備えている。例えば、この演算増幅器は、差動クロック信号から単相クロック信号を生成する。まず、各構成要素の接続関係について説明する。   FIG. 2 is a circuit diagram of an operational amplifier according to an example of the first embodiment. The operational amplifier includes a constant current source CS, NMOS transistors NM1 to NM18, PMOS transistors PM1 to PM17, switches SW1 to SW4, resistors R1 to R4, capacitors C1 and C2, hysteresis comparators X1 and X4, inverters X2, X3, and X5. X8 is provided. For example, the operational amplifier generates a single phase clock signal from the differential clock signal. First, the connection relationship of each component will be described.

NMOSトランジスタNM1のドレインは定電流源CSに、ソースは低電位電源(電圧VSS)に接続されている。NMOSトランジスタNM1のゲートは、NMOSトランジスタNM2のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM1のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM1とNMOSトランジスタNM2とは、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM2のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM1のドレインに接続されている。   The drain of the NMOS transistor NM1 is connected to the constant current source CS, and the source is connected to the low potential power supply (voltage VSS). The gate of the NMOS transistor NM1 is connected to the gate of the NMOS transistor NM2 and to the drain of the NMOS transistor NM1. That is, the NMOS transistor NM1 and the NMOS transistor NM2 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM2 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM1.

PMOSトランジスタPM1のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。PMOSトランジスタPM1のゲートは、PMOSトランジスタPM2のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM1のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM1とPMOSトランジスタPM2とは、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM2のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。そして、PMOSトランジスタPM2のドレインは、互いに並列に接続されたPMOSトランジスタPM3、PM4のソースに接続されている。この接続ノードがノードN1である。   The source of the PMOS transistor PM1 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). The gate of the PMOS transistor PM1 is connected to the gate of the PMOS transistor PM2 and to the drain of the PMOS transistor PM1. That is, the PMOS transistor PM1 and the PMOS transistor PM2 form a current mirror. The source of the PMOS transistor PM2 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). The drain of the PMOS transistor PM2 is connected to the sources of the PMOS transistors PM3 and PM4 connected in parallel with each other. This connection node is the node N1.

PMOSトランジスタPM3、PM4のドレインは抵抗R1の一端に接続されている。この接続ノードがノードN2である。PMOSトランジスタPM3、PM4のゲートには、それぞれ差動入力信号INP、INNが入力される。抵抗R1の他端は、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。図2に示すように、PMOSトランジスタPM3、PM4及び抵抗R1が、図1の同相成分検出部1に対応する同相成分検出部1aを構成している。   The drains of the PMOS transistors PM3 and PM4 are connected to one end of the resistor R1. This connection node is the node N2. Differential input signals INP and INN are input to the gates of the PMOS transistors PM3 and PM4, respectively. The other end of the resistor R1 is connected to a low potential power supply (voltage VSS). As shown in FIG. 2, the PMOS transistors PM3 and PM4 and the resistor R1 constitute an in-phase component detection unit 1a corresponding to the in-phase component detection unit 1 of FIG.

また、ノードN2には抵抗R2の一端が接続されている。抵抗R2の他端は容量C1の一端に接続されている。この接続ノードがノードN3である。そして、容量C1の他端は低電位電源(電圧VSS)に接続されている。図2に示すように、抵抗R2及び容量C1が、図1の高周波成分除去部2に対応する高周波成分除去部2aを構成している。   Further, one end of a resistor R2 is connected to the node N2. The other end of the resistor R2 is connected to one end of the capacitor C1. This connection node is the node N3. The other end of the capacitor C1 is connected to a low potential power supply (voltage VSS). As shown in FIG. 2, the resistor R2 and the capacitor C1 constitute a high frequency component removal unit 2a corresponding to the high frequency component removal unit 2 of FIG.

そして、ノードN3にはヒステリシスコンパレータX1の入力が接続されている。ヒステリシスコンパレータX1からの出力信号は、インバータX2を介してイネーブル信号ENPとして出力される。さらに、インバータX3を介して、イネーブル信号ENPと極性が反転したイネーブル信号ENBPとして出力される。図2に示すように、ヒステリシスコンパレータX1、インバータX2、X3が、図1の制御信号発生部3に対応する制御信号発生部3aを構成している。   The input of the hysteresis comparator X1 is connected to the node N3. The output signal from the hysteresis comparator X1 is output as the enable signal ENP via the inverter X2. Further, an enable signal ENBP whose polarity is inverted from that of the enable signal ENP is output via the inverter X3. As shown in FIG. 2, the hysteresis comparator X1 and the inverters X2 and X3 constitute a control signal generator 3a corresponding to the control signal generator 3 of FIG.

PMOSトランジスタPM5のソースは高電位電源(電圧VDD)に、ドレインはPMOS入力ペアを構成するPMOSトランジスタPM6、PM7のソースに接続されている。この接続ノードがノードN4である。PMOSトランジスタPM5のゲートは、スイッチSW2を介してPMOSトランジスタPM1のゲートに接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM5は、スイッチSW2がオンの場合、PMOSトランジスタPM1とカレントミラーを構成する定電流源トランジスタである。また、PMOSトランジスタPM5のゲートは、スイッチSW1を介して、高電位電源(電圧VDD)に接続されている。そのため、スイッチSW1がオンの場合、PMOSトランジスタPM5のソース・ゲート電圧が等しくなり、PMOSトランジスタPM5がオフとなる。   The source of the PMOS transistor PM5 is connected to the high potential power supply (voltage VDD), and the drain is connected to the sources of the PMOS transistors PM6 and PM7 constituting the PMOS input pair. This connection node is the node N4. The gate of the PMOS transistor PM5 is connected to the gate of the PMOS transistor PM1 via the switch SW2. That is, the PMOS transistor PM5 is a constant current source transistor that forms a current mirror with the PMOS transistor PM1 when the switch SW2 is on. The gate of the PMOS transistor PM5 is connected to a high potential power supply (voltage VDD) via the switch SW1. Therefore, when the switch SW1 is on, the source-gate voltage of the PMOS transistor PM5 becomes equal, and the PMOS transistor PM5 is turned off.

更に詳細には、スイッチSW1、SW2は直列に接続されたPMOSトランジスタである。スイッチSW1のソースが高電位電源(電圧VDD)に接続されており、ドレインがスイッチSW2のソースに接続されている。スイッチSW1のドレインとスイッチSW2のソースとの間にPMOSトランジスタPM5のゲートが接続されている。そして、スイッチSW2のドレインがPMOSトランジスタPM1のゲートに接続されている。スイッチSW1、SW2のゲートには、それぞれイネーブル信号ENPとイネーブル信号ENBPとが入力される。そのため、スイッチSW1、SW2は相補的にオンオフする。   More specifically, the switches SW1 and SW2 are PMOS transistors connected in series. The source of the switch SW1 is connected to the high potential power supply (voltage VDD), and the drain is connected to the source of the switch SW2. The gate of the PMOS transistor PM5 is connected between the drain of the switch SW1 and the source of the switch SW2. The drain of the switch SW2 is connected to the gate of the PMOS transistor PM1. An enable signal ENP and an enable signal ENBP are input to the gates of the switches SW1 and SW2, respectively. Therefore, the switches SW1 and SW2 are turned on and off in a complementary manner.

PMOS入力ペアを構成するPMOSトランジスタPM6のドレインは、NMOSトランジスタNM3のドレインに接続されている。NMOSトランジスタNM3のソースは、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。一方、PMOS入力ペアを構成するPMOSトランジスタPM7のドレインは、NMOSトランジスタNM4のドレインに接続されている。NMOSトランジスタNM4のソースは、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。   The drain of the PMOS transistor PM6 constituting the PMOS input pair is connected to the drain of the NMOS transistor NM3. The source of the NMOS transistor NM3 is connected to a low potential power supply (voltage VSS). On the other hand, the drain of the PMOS transistor PM7 constituting the PMOS input pair is connected to the drain of the NMOS transistor NM4. The source of the NMOS transistor NM4 is connected to a low potential power supply (voltage VSS).

NMOSトランジスタNM3のゲートは、NMOSトランジスタNM6のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM3のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM3とNMOSトランジスタNM6とは、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM6のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM9のドレインに接続されている。   The gate of the NMOS transistor NM3 is connected to the gate of the NMOS transistor NM6 and to the drain of the NMOS transistor NM3. That is, the NMOS transistor NM3 and the NMOS transistor NM6 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM6 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM9.

NMOSトランジスタNM4のゲートは、NMOSトランジスタNM5のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM4のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM4、NM5は、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM5のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM8のドレインに接続されている。   The gate of the NMOS transistor NM4 is connected to the gate of the NMOS transistor NM5 and to the drain of the NMOS transistor NM4. That is, the NMOS transistors NM4 and NM5 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM5 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM8.

PMOSトランジスタPM8、PM9のソースはいずれも高電位電源(電圧VDD)に接続されている。PMOSトランジスタPM8のゲートは、PMOSトランジスタPM8のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM8のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM8、PM9は、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM9のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。そして、PMOSトランジスタPM9のドレインと、NMOSトランジスタNM6のドレインとの接続ノードN5からPMOS入力差動増幅回路PAの出力信号が出力される。   The sources of the PMOS transistors PM8 and PM9 are both connected to a high potential power supply (voltage VDD). The gate of the PMOS transistor PM8 is connected to the gate of the PMOS transistor PM8 and to the drain of the PMOS transistor PM8. That is, the PMOS transistors PM8 and PM9 constitute a current mirror. The source of the PMOS transistor PM9 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). An output signal of the PMOS input differential amplifier circuit PA is output from a connection node N5 between the drain of the PMOS transistor PM9 and the drain of the NMOS transistor NM6.

他方、NMOSトランジスタNM1のゲートは、NMOSトランジスタNM7のゲートとも互いに接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM1、NM7は、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM7のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM10のドレインに接続されている。   On the other hand, the gate of the NMOS transistor NM1 is also connected to the gate of the NMOS transistor NM7. That is, the NMOS transistors NM1 and NM7 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM7 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM10.

PMOSトランジスタPM10のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。PMOSトランジスタPM10のゲートは、PMOSトランジスタPM11のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM10のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM10、PM11は、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM11のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。そして、PMOSトランジスタPM11のドレインは、NMOSトランジスタNM8のドレインに接続されている。   The source of the PMOS transistor PM10 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). The gate of the PMOS transistor PM10 is connected to the gate of the PMOS transistor PM11 and is connected to the drain of the PMOS transistor PM10. That is, the PMOS transistors PM10 and PM11 constitute a current mirror. The source of the PMOS transistor PM11 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). The drain of the PMOS transistor PM11 is connected to the drain of the NMOS transistor NM8.

NMOSトランジスタNM8のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続されている。NMOSトランジスタNM8のゲートは、NMOSトランジスタNM9のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM8のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM8、NM9は、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM9のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続されている。そして、NMOSトランジスタNM9のドレインは、互いに並列に接続されたNMOSトランジスタNM10、NM11のソースに接続されている。この接続ノードがノードN6である。   The source of the NMOS transistor NM8 is connected to a low potential power supply (voltage VSS). The gate of the NMOS transistor NM8 is connected to the gate of the NMOS transistor NM9 and to the drain of the NMOS transistor NM8. That is, the NMOS transistors NM8 and NM9 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM9 is connected to a low potential power supply (voltage VSS). The drain of the NMOS transistor NM9 is connected to the sources of the NMOS transistors NM10 and NM11 connected in parallel with each other. This connection node is the node N6.

NMOSトランジスタNM10、NM11のドレインは抵抗R3の一端に接続されている。この接続ノードがノードN7である。NMOSトランジスタNM10、NM11のゲートには、それぞれ差動入力信号INP、INNが入力される。抵抗R3の他端は、高電位電源(電圧VDD)に接続されている。図2に示すように、NMOSトランジスタNM10、NM11及び抵抗R3が、図1の同相成分検出部1に対応する同相成分検出部1bを構成している。   The drains of the NMOS transistors NM10 and NM11 are connected to one end of the resistor R3. This connection node is the node N7. Differential input signals INP and INN are input to the gates of the NMOS transistors NM10 and NM11, respectively. The other end of the resistor R3 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). As shown in FIG. 2, the NMOS transistors NM10 and NM11 and the resistor R3 constitute an in-phase component detector 1b corresponding to the in-phase component detector 1 of FIG.

また、ノードN7には抵抗R4の一端が接続されている。抵抗R4の他端は容量C2の一端に接続されている。この接続ノードがノードN8である。そして、容量C2の他端は高電位電源(電圧VDD)に接続されている。図2に示すように、抵抗R4及び容量C2が、図1の高周波成分除去部2に対応する高周波成分除去部2bを構成している。   Further, one end of a resistor R4 is connected to the node N7. The other end of the resistor R4 is connected to one end of the capacitor C2. This connection node is the node N8. The other end of the capacitor C2 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). As shown in FIG. 2, the resistor R4 and the capacitor C2 constitute a high frequency component removing unit 2b corresponding to the high frequency component removing unit 2 in FIG.

そして、ノードN8にはヒステリシスコンパレータX4の入力が接続されている。ヒステリシスコンパレータX4からの出力信号は、インバータX5を介してイネーブル信号ENBNとして出力される。さらに、インバータX6を介して、イネーブル信号ENBNと極性が反転したイネーブル信号ENNとして出力される。図2に示すように、ヒステリシスコンパレータX4、インバータX5、X6が、図1の制御信号発生部3に対応する制御信号発生部3bを構成している。   The input of the hysteresis comparator X4 is connected to the node N8. The output signal from the hysteresis comparator X4 is output as an enable signal ENBN via the inverter X5. Further, the signal is output as an enable signal ENN whose polarity is inverted from that of the enable signal ENBN via the inverter X6. As shown in FIG. 2, the hysteresis comparator X4 and the inverters X5 and X6 constitute a control signal generator 3b corresponding to the control signal generator 3 of FIG.

NMOSトランジスタNM12のソースは低電位電源(電圧VSS)に、ドレインはNMOS入力ペアを構成するNMOSトランジスタNM13、NM14のソースに接続されている。この接続ノードがノードN9である。NMOSトランジスタNM12のゲートは、スイッチSW4を介してNMOSトランジスタNM8のゲートに接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM12は、スイッチSW4がオンの場合、NMOSトランジスタNM8とカレントミラーを構成する定電流源トランジスタである。また、NMOSトランジスタNM12のゲートは、スイッチSW3を介して、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。そのため、スイッチSW3がオンの場合、NMOSトランジスタNM12のソース・ゲート電圧が等しくなり、NMOSトランジスタNM12がオフとなる。   The source of the NMOS transistor NM12 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the sources of the NMOS transistors NM13 and NM14 constituting the NMOS input pair. This connection node is the node N9. The gate of the NMOS transistor NM12 is connected to the gate of the NMOS transistor NM8 via the switch SW4. That is, the NMOS transistor NM12 is a constant current source transistor that forms a current mirror with the NMOS transistor NM8 when the switch SW4 is on. The gate of the NMOS transistor NM12 is connected to the low potential power supply (voltage VSS) via the switch SW3. Therefore, when the switch SW3 is on, the source / gate voltages of the NMOS transistor NM12 are equal, and the NMOS transistor NM12 is off.

更に詳細には、スイッチSW3、SW4は直列に接続されたNMOSトランジスタである。スイッチSW3のソースが低電位電源(電圧VSS)に接続されており、ドレインがスイッチSW4のソースに接続されている。スイッチSW3のドレインとスイッチSW4のソースとの間にNMOSトランジスタNM12のゲートが接続されている。そして、スイッチSW4のドレインがNMOSトランジスタNM8のゲートに接続されている。スイッチSW3、SW4のゲートには、それぞれイネーブル信号ENBNとイネーブル信号ENNとが入力される。そのため、スイッチSW3、SW4は相補的にオンオフする。   More specifically, the switches SW3 and SW4 are NMOS transistors connected in series. The source of the switch SW3 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the source of the switch SW4. The gate of the NMOS transistor NM12 is connected between the drain of the switch SW3 and the source of the switch SW4. The drain of the switch SW4 is connected to the gate of the NMOS transistor NM8. An enable signal ENBN and an enable signal ENN are input to the gates of the switches SW3 and SW4, respectively. Therefore, the switches SW3 and SW4 are turned on and off in a complementary manner.

NMOS入力ペアを構成するNMOSトランジスタNM13のドレインは、PMOSトランジスタPM12のドレインに接続されている。PMOSトランジスタPM12のソースは、高電位電源(電圧VDD)に接続されている。一方、NMOS入力ペアを構成するNMOSトランジスタNM14のドレインは、PMOSトランジスタPM13のドレインに接続されている。PMOSトランジスタPM13のソースは、高電位電源(電圧VDD)に接続されている。   The drain of the NMOS transistor NM13 constituting the NMOS input pair is connected to the drain of the PMOS transistor PM12. The source of the PMOS transistor PM12 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). On the other hand, the drain of the NMOS transistor NM14 constituting the NMOS input pair is connected to the drain of the PMOS transistor PM13. The source of the PMOS transistor PM13 is connected to a high potential power supply (voltage VDD).

PMOSトランジスタPM12のゲートは、PMOSトランジスタPM14のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM12のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM12、PM14は、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM14のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続され、ドレインはNMOSトランジスタNM15のドレインに接続されている。NMOSトランジスタNM15のソースは、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。   The gate of the PMOS transistor PM12 is connected to the gate of the PMOS transistor PM14 and is connected to the drain of the PMOS transistor PM12. That is, the PMOS transistors PM12 and PM14 form a current mirror. The source of the PMOS transistor PM14 is connected to the high potential power supply (voltage VDD), and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NM15. The source of the NMOS transistor NM15 is connected to a low potential power supply (voltage VSS).

PMOSトランジスタPM13のゲートは、PMOSトランジスタPM15のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM13のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM13、PM15は、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM15のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続され、ドレインはNMOSトランジスタNM16のドレインに接続されている。NMOSトランジスタNM16のソースは、低電位電源(電圧VSS)に接続されている。   The gate of the PMOS transistor PM13 is connected to the gate of the PMOS transistor PM15 and to the drain of the PMOS transistor PM13. That is, the PMOS transistors PM13 and PM15 form a current mirror. The source of the PMOS transistor PM15 is connected to the high potential power supply (voltage VDD), and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor NM16. The source of the NMOS transistor NM16 is connected to a low potential power supply (voltage VSS).

NMOSトランジスタNM15のゲートは、NMOSトランジスタNM18のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM15のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM15、NM18は、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM18のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM17のドレインに接続されている。   The gate of the NMOS transistor NM15 is connected to the gate of the NMOS transistor NM18 and to the drain of the NMOS transistor NM15. That is, the NMOS transistors NM15 and NM18 constitute a current mirror. The source of the NMOS transistor NM18 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM17.

NMOSトランジスタNM16のゲートは、NMOSトランジスタNM17のゲートと互いに接続され、かつ、NMOSトランジスタNM16のドレインと接続されている。即ち、NMOSトランジスタNM16、NM17は、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタNM17のソースは低電位電源(電圧VSS)に接続され、ドレインはPMOSトランジスタPM16のドレインに接続されている。   The gate of the NMOS transistor NM16 is connected to the gate of the NMOS transistor NM17 and to the drain of the NMOS transistor NM16. That is, the NMOS transistors NM16 and NM17 form a current mirror. The source of the NMOS transistor NM17 is connected to the low potential power supply (voltage VSS), and the drain is connected to the drain of the PMOS transistor PM16.

PMOSトランジスタPM16、PM17のソースはいずれも高電位電源(電圧VDD)に接続されている。PMOSトランジスタPM16のゲートは、PMOSトランジスタPM17のゲートと互いに接続され、かつ、PMOSトランジスタPM16のドレインと接続されている。即ち、PMOSトランジスタPM16、PM17は、カレントミラーを構成している。PMOSトランジスタPM17のソースは高電位電源(電圧VDD)に接続されている。そして、PMOSトランジスタPM17のドレインと、NMOSトランジスタNM18のドレインとの接続ノードN10からNMOS入力差動増幅回路NAの出力信号が出力される。   The sources of the PMOS transistors PM16 and PM17 are both connected to a high potential power supply (voltage VDD). The gate of the PMOS transistor PM16 is connected to the gate of the PMOS transistor PM17 and to the drain of the PMOS transistor PM16. That is, the PMOS transistors PM16 and PM17 constitute a current mirror. The source of the PMOS transistor PM17 is connected to a high potential power supply (voltage VDD). An output signal of the NMOS input differential amplifier circuit NA is output from a connection node N10 between the drain of the PMOS transistor PM17 and the drain of the NMOS transistor NM18.

ノードN5から出力されたPMOS入力差動増幅回路PAの出力信号と、ノードN10から出力されたNMOS入力差動増幅回路NAの出力信号とが、ノードN11において合成される。そして、波形整形用のバッファであるインバータX7、X8を介して、当該レール・ツー・レール型演算増幅器の出力信号OUTが出力される。   The output signal of the PMOS input differential amplifier circuit PA output from the node N5 and the output signal of the NMOS input differential amplifier circuit NA output from the node N10 are combined at the node N11. Then, an output signal OUT of the rail-to-rail operational amplifier is output via inverters X7 and X8 which are waveform shaping buffers.

次に、図2の演算増幅器の動作について説明する。上述のように、PMOSトランジスタPM3、PM4のゲートには、それぞれ差動入力信号INP、INNが入力される。これにより、ノードN2において、差動入力信号INP、INNの同相成分(入力コモンモード電圧に応じた電圧)を検出している。ノードN2の電圧は、抵抗R1と抵抗R1を流れる電流との積で定まる。ここで、抵抗R1を流れる電流は、定電流源として機能するPMOSトランジスタPM2が生成する電流に等しい。   Next, the operation of the operational amplifier of FIG. 2 will be described. As described above, the differential input signals INP and INN are input to the gates of the PMOS transistors PM3 and PM4, respectively. As a result, the in-phase component (voltage corresponding to the input common mode voltage) of the differential input signals INP and INN is detected at the node N2. The voltage at the node N2 is determined by the product of the resistor R1 and the current flowing through the resistor R1. Here, the current flowing through the resistor R1 is equal to the current generated by the PMOS transistor PM2 functioning as a constant current source.

PMOSトランジスタPM2は、通常飽和領域で動作している。しかしながら、差動入力信号INP、INNの入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDDに近づくと、ノードN1の電圧も高電位電源電圧VDDに近づき、PMOSトランジスタPM2のドレイン・ソース間電圧が小さくなる。そのため、PMOSトランジスタPM2が線形領域で動作する。線形領域では、PMOSトランジスタPM2のドレイン電流のドレイン・ソース間電圧依存性が大きくなる。そのため、入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDDに近づくにつれ、PMOSトランジスタPM2のドレイン電流は急激に低下する。これに伴い、ノードN2の電圧も急激に低下する。   The PMOS transistor PM2 normally operates in the saturation region. However, when the input common mode voltage of the differential input signals INP and INN approaches the high potential power supply voltage VDD, the voltage at the node N1 also approaches the high potential power supply voltage VDD, and the drain-source voltage of the PMOS transistor PM2 decreases. Therefore, the PMOS transistor PM2 operates in the linear region. In the linear region, the drain-source voltage dependency of the drain current of the PMOS transistor PM2 increases. Therefore, as the input common mode voltage approaches the high potential power supply voltage VDD, the drain current of the PMOS transistor PM2 rapidly decreases. Along with this, the voltage at the node N2 also drops rapidly.

ここで、ノードN2の電圧は、例えば差動入力信号INP、INNの切り換わりにより生じる高周波成分を有しているため、抵抗R2及び容量C1から構成されるローパスフィルター即ち高周波成分除去部2aにより、高周波成分を除去する必要がある。この高周波成分が除去されたノードN3における電圧が、ヒステリシスコンパレータX1の入力信号となる。ノードN2の電圧が低下すると、ノードN3の電圧も低下する。ノードN3の電圧が、ヒステリシスコンパレータX1の第1の基準電圧よりも低くなると、イネーブル信号ENPがLに、イネーブル信号ENBPがHになる。そのため、スイッチSW1がオン、スイッチSW2がオフとなり、定電流源であるPMOSトランジスタPM5がオフになる。即ち、PMOS入力差動増幅回路PAの動作が停止する。ここで、図2では、定電流源であるPMOSトランジスタPM5をオフすることにより、PMOS入力差動増幅回路PAの動作を停止させているが、特にこれに限定されるものではない。   Here, since the voltage of the node N2 has a high frequency component generated by, for example, switching between the differential input signals INP and INN, the low pass filter composed of the resistor R2 and the capacitor C1, that is, the high frequency component removing unit 2a, It is necessary to remove high frequency components. The voltage at the node N3 from which this high frequency component has been removed becomes the input signal of the hysteresis comparator X1. When the voltage at the node N2 decreases, the voltage at the node N3 also decreases. When the voltage at the node N3 becomes lower than the first reference voltage of the hysteresis comparator X1, the enable signal ENP becomes L and the enable signal ENBP becomes H. Therefore, the switch SW1 is turned on, the switch SW2 is turned off, and the PMOS transistor PM5 that is a constant current source is turned off. That is, the operation of the PMOS input differential amplifier circuit PA is stopped. In FIG. 2, the operation of the PMOS input differential amplifier circuit PA is stopped by turning off the PMOS transistor PM5, which is a constant current source. However, the present invention is not limited to this.

ここで、ノードN1の電位がノードN4の電位よりも高くするように設計することにより、入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDDに近づいた場合、定電流源であるPMOSトランジスタPM5の動作が線形領域での動作となる前に、PMOS入力差動増幅回路PAの動作を停止させることができる。具体的には、同相成分検出部1aを構成するPMOSトランジスタPM3、PM4のW/L比(W:チャネル幅、L:チャネル長)を、PMOS入力ペアを構成するPMOSトランジスタPM6、PM7のW/L比よりも小さくすることにより、ノードN1の電位をノードN4の電位よりも高くすることができる。また、定電流源であるPMOSトランジスタPM5よりもPMOSトランジスタPM2のサイズを大きくすることにより、ノードN1の電位をノードN4の電位よりも高くすることができる。   Here, by designing the potential of the node N1 to be higher than the potential of the node N4, when the input common mode voltage approaches the high potential power supply voltage VDD, the operation of the PMOS transistor PM5, which is a constant current source, is linear. The operation of the PMOS input differential amplifier circuit PA can be stopped before the operation in the region. Specifically, the W / L ratio (W: channel width, L: channel length) of the PMOS transistors PM3 and PM4 constituting the in-phase component detection unit 1a is set as the W / L ratio of the PMOS transistors PM6 and PM7 constituting the PMOS input pair. By making it smaller than the L ratio, the potential of the node N1 can be made higher than the potential of the node N4. Further, the potential of the node N1 can be made higher than the potential of the node N4 by making the size of the PMOS transistor PM2 larger than that of the PMOS transistor PM5 which is a constant current source.

このように、定電流源であるPMOSトランジスタPM5の動作が線形領域での動作となる前にPMOS入力差動増幅回路PAの動作を停止させることができるため、後述する比較例に見られるようなジッタの増加はない。即ち、ジッタを低減することができる。   As described above, since the operation of the PMOS input differential amplifier circuit PA can be stopped before the operation of the PMOS transistor PM5, which is a constant current source, becomes the operation in the linear region, as seen in a comparative example described later. There is no increase in jitter. That is, jitter can be reduced.

同様に、NMOSトランジスタNM10、NM11のゲートには、それぞれ差動入力信号INP、INNが入力される。これにより、ノードN7において、差動入力信号INP、INNの同相成分を検出している。ノードN7の電圧は、抵抗R3と抵抗R3を流れる電流との積で定まる。ここで、抵抗R3を流れる電流は、定電流源として機能するNMOSトランジスタNM9が生成する電流に等しい。   Similarly, differential input signals INP and INN are input to the gates of the NMOS transistors NM10 and NM11, respectively. As a result, the in-phase components of the differential input signals INP and INN are detected at the node N7. The voltage at the node N7 is determined by the product of the resistor R3 and the current flowing through the resistor R3. Here, the current flowing through the resistor R3 is equal to the current generated by the NMOS transistor NM9 functioning as a constant current source.

NMOSトランジスタNM9は、通常飽和領域で動作している。しかしながら、差動入力信号INP、INNの入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSに近づくと、ノードN6の電圧も低電位電源電圧VSSに近づき、NMOSトランジスタNM9のドレイン・ソース間電圧が小さくなる。そのため、NMOSトランジスタNM9が線形領域で動作する。線形領域では、NMOSトランジスタNM9のドレイン電流のドレイン・ソース間電圧依存性が大きくなる。そのため、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSに近づくにつれ、NMOSトランジスタNM9のドレイン電流は急激に低下する。これに伴い、ノードN7の電圧も急激に上昇する。   The NMOS transistor NM9 normally operates in the saturation region. However, when the input common mode voltage of the differential input signals INP and INN approaches the low potential power supply voltage VSS, the voltage at the node N6 also approaches the low potential power supply voltage VSS, and the drain-source voltage of the NMOS transistor NM9 decreases. Therefore, the NMOS transistor NM9 operates in the linear region. In the linear region, the drain-source voltage dependency of the drain current of the NMOS transistor NM9 increases. Therefore, as the input common mode voltage approaches the low potential power supply voltage VSS, the drain current of the NMOS transistor NM9 rapidly decreases. Along with this, the voltage at the node N7 also rises rapidly.

ここで、ノードN7の電圧は、高周波成分を有しているため、抵抗R4及び容量C2から構成されるローパスフィルター即ち高周波成分除去部2bにより、高周波成分を除去する必要がる。この高周波成分が除去されたノードN8における電圧が、ヒステリシスコンパレータX4の入力信号となる。ノードN8の電圧が上昇すると、ノードN3の電圧も上昇する。ノードN3の電圧が、ヒステリシスコンパレータX4の第2の基準電圧よりも高くなると、イネーブル信号ENBNがHに、イネーブル信号ENNがLになる。そのため、スイッチSW3がオン、スイッチSW4がオフとなり、定電流源であるNMOSトランジスタNM12がオフになる。即ち、NMOS入力差動増幅回路NAの動作が停止する。ここで、図2では、定電流源であるNMOSトランジスタNM12をオフすることにより、NMOS入力差動増幅回路NAの動作を停止させているが、特にこれに限定されるものではない。   Here, since the voltage at the node N7 has a high-frequency component, it is necessary to remove the high-frequency component by a low-pass filter composed of the resistor R4 and the capacitor C2, that is, the high-frequency component removing unit 2b. The voltage at the node N8 from which this high frequency component has been removed becomes the input signal to the hysteresis comparator X4. When the voltage at the node N8 increases, the voltage at the node N3 also increases. When the voltage at the node N3 becomes higher than the second reference voltage of the hysteresis comparator X4, the enable signal ENBN becomes H and the enable signal ENN becomes L. Therefore, the switch SW3 is turned on, the switch SW4 is turned off, and the NMOS transistor NM12 that is a constant current source is turned off. That is, the operation of the NMOS input differential amplifier circuit NA is stopped. In FIG. 2, the operation of the NMOS input differential amplifier circuit NA is stopped by turning off the NMOS transistor NM12, which is a constant current source. However, the present invention is not limited to this.

ここで、ノードN6の電位がノードN9の電位よりも低くなるように設計することにより、入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSに近づいた場合、定電流源であるNMOSトランジスタNM12の動作が線形領域での動作となる前に、NMOS入力差動増幅回路NAの動作を停止させることができる。具体的には、同相成分検出部1bを構成するNMOSトランジスタNM10、NM11のW/L比を、NMOS入力ペアを構成するNMOSトランジスタNM13、NM14のW/L比よりも小さくすることにより、ノードN6の電位をノードN9の電位よりも低くすることができる。また、定電流源であるNMOSトランジスタNM12よりもNMOSトランジスタNM9のサイズを大きくすることにより、ノードN6の電位をノードN9の電位よりも低くすることができる。   Here, by designing the potential of the node N6 to be lower than the potential of the node N9, when the input common mode voltage approaches the low potential power supply voltage VSS, the operation of the NMOS transistor NM12 that is a constant current source is linear. The operation of the NMOS input differential amplifier circuit NA can be stopped before the operation in the region is started. Specifically, by making the W / L ratio of the NMOS transistors NM10 and NM11 constituting the in-phase component detector 1b smaller than the W / L ratio of the NMOS transistors NM13 and NM14 constituting the NMOS input pair, the node N6 Can be made lower than the potential of the node N9. Further, the potential of the node N6 can be made lower than the potential of the node N9 by making the size of the NMOS transistor NM9 larger than the NMOS transistor NM12 which is a constant current source.

このように、定電流源であるNMOSトランジスタNM12の動作が線形領域での動作となる前にNMOS入力差動増幅回路NAの動作を停止させることができるため、後述する比較例に見られるようなジッタの増加はない。即ち、ジッタを低減することができる。   As described above, the operation of the NMOS input differential amplifier circuit NA can be stopped before the operation of the NMOS transistor NM12, which is a constant current source, becomes the operation in the linear region. There is no increase in jitter. That is, jitter can be reduced.

図3は、実施の形態1の比較例に係る演算増幅器の回路図である。図2の演算増幅器と比較して、同相成分検出部1a、1b、高周波成分除去部2a、2b、制御信号発生部3a、3b、スイッチSW1〜SW4、PMOSトランジスタPM1、PM2、NMOSトランジスタNM2、NM9が削除された構成である。また、PMOS入力差動増幅回路PAの定電流源であるPMOSトランジスタPM5のゲートは、PMOSトランジスタPM10のゲートに接続されている。NMOS入力差動増幅回路NAの定電流源であるNMOSトランジスタNM12のゲートは、NMOSトランジスタNM8のゲートに接続されている。その他の構成は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。   FIG. 3 is a circuit diagram of an operational amplifier according to a comparative example of the first embodiment. Compared with the operational amplifier of FIG. 2, in-phase component detectors 1a and 1b, high-frequency component removers 2a and 2b, control signal generators 3a and 3b, switches SW1 to SW4, PMOS transistors PM1 and PM2, NMOS transistors NM2 and NM9 Is a configuration that has been deleted. The gate of the PMOS transistor PM5, which is a constant current source of the PMOS input differential amplifier circuit PA, is connected to the gate of the PMOS transistor PM10. The gate of the NMOS transistor NM12, which is a constant current source of the NMOS input differential amplifier circuit NA, is connected to the gate of the NMOS transistor NM8. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

PMOSトランジスタPM5は、通常飽和領域で動作している。しかしながら、差動入力信号INP、INNの入力コモンモード電圧が高電位電源電圧VDDに近づくと、ノードN4の電圧も高電位電源電圧VDDに近づき、PMOSトランジスタPM5のドレイン・ソース間電圧が小さくなる。そのため、PMOSトランジスタPM5の動作が線形領域での動作となる。線形領域では、PMOSトランジスタPM5のドレイン電流のドレイン・ソース間電圧依存性が大きくなる。そこで、高電位電源電圧VDDに雑音が重畳された場合、PMOSトランジスタPM5のドレイン電流が変化する。その結果、PMOS入力差動増幅回路PAの遅延時間が変化し、ジッタが増大する。なお、入力コモンモード電圧が更に上昇すると、PMOSトランジスタPM5がオフするため、ジッタは逆に減少する。   The PMOS transistor PM5 normally operates in the saturation region. However, when the input common mode voltage of the differential input signals INP and INN approaches the high potential power supply voltage VDD, the voltage at the node N4 also approaches the high potential power supply voltage VDD, and the drain-source voltage of the PMOS transistor PM5 decreases. Therefore, the operation of the PMOS transistor PM5 is an operation in the linear region. In the linear region, the drain-source voltage dependency of the drain current of the PMOS transistor PM5 increases. Therefore, when noise is superimposed on the high potential power supply voltage VDD, the drain current of the PMOS transistor PM5 changes. As a result, the delay time of the PMOS input differential amplifier circuit PA changes and the jitter increases. If the input common mode voltage further rises, the PMOS transistor PM5 is turned off, so that the jitter is reduced.

一方、NMOSトランジスタNM12は、通常飽和領域で動作している。しかしながら、差動入力信号INP、INNの入力コモンモード電圧が低電位電源電圧VSSに近づくと、ノードN9の電圧も低電位電源電圧VSSに近づき、NMOSトランジスタNM12のドレイン・ソース間電圧が小さくなる。そのため、NMOSトランジスタNM12の動作が線形領域での動作となる。線形領域では、NMOSトランジスタNM12のドレイン電流のドレイン・ソース間電圧依存性が大きくなる。そこで、低電位電源電圧VSSに雑音が重畳された場合、NMOSトランジスタNM12のドレイン電流が変化する。その結果、NMOS入力差動増幅回路NAの遅延時間が変化し、ジッタが増大する。なお、入力コモンモード電圧が更に降下すると、NMOSトランジスタNM12がオフするため、ジッタは逆に減少する。   On the other hand, the NMOS transistor NM12 normally operates in the saturation region. However, when the input common mode voltage of the differential input signals INP and INN approaches the low potential power supply voltage VSS, the voltage at the node N9 also approaches the low potential power supply voltage VSS, and the drain-source voltage of the NMOS transistor NM12 decreases. Therefore, the operation of the NMOS transistor NM12 is an operation in the linear region. In the linear region, the drain-source voltage dependency of the drain current of the NMOS transistor NM12 increases. Therefore, when noise is superimposed on the low-potential power supply voltage VSS, the drain current of the NMOS transistor NM12 changes. As a result, the delay time of the NMOS input differential amplifier NA changes and the jitter increases. When the input common mode voltage further decreases, the NMOS transistor NM12 is turned off, and the jitter decreases conversely.

図4は、実施例及び比較例に係る演算増幅器のジッタ特性を比較して示すグラフである。横軸は入力コモンモード電圧Vcm[V]、縦軸は出力信号OUTのジッタ[ps]を示している。高電位電源電圧VDDに100mV、250MHzの正弦波、低電位電源電圧VSSに100mV、100MHzの正弦波の雑音を重畳させた場合の、シミュレーション結果である。実施例、比較例ともに、低電位電源電圧VSS=0V、高電位電源電圧VDD=1.8Vである。図4に示すように、比較例では、0.5V付近でNMOS入力差動増幅回路NAが線形領域で動作し、1.3V付近でPMOS入力差動増幅回路PAが線形領域で動作するため、ジッタ特性が極端に悪化する。   FIG. 4 is a graph showing a comparison of jitter characteristics of the operational amplifiers according to the example and the comparative example. The horizontal axis represents the input common mode voltage Vcm [V], and the vertical axis represents the jitter [ps] of the output signal OUT. It is a simulation result when 100 mV, 250 MHz sine wave noise is superimposed on the high potential power supply voltage VDD, and 100 mV, 100 MHz sine wave noise is superimposed on the low potential power supply voltage VSS. In both the example and the comparative example, the low potential power supply voltage VSS = 0V and the high potential power supply voltage VDD = 1.8V. As shown in FIG. 4, in the comparative example, the NMOS input differential amplifier circuit NA operates in the linear region near 0.5V, and the PMOS input differential amplifier circuit PA operates in the linear region near 1.3V. Jitter characteristics are extremely deteriorated.

一方、上述の通り、実施例では、定電流源であるNMOSトランジスタNM12及びPMOSトランジスタPM5の動作が線形領域での動作となる前に差動増幅回路NA、PAの動作を停止させることができる。そのため、ジッタ特性が極端に悪化する入力コモンモード電圧Vcmが存在しない。従って、低電位電源電圧VSSから高電位電源電圧VDDまでの全範囲の入力コモンモード電圧Vcmに対し、良好なジッタ特性を有している。なお、図4に示すように、実施例、比較例を問わず、差動増幅回路NA、PAが共に動作する入力コモンモード電圧Vcmの範囲において、特に良好なジッタ特性となる。   On the other hand, as described above, in the embodiment, the operations of the differential amplifier circuits NA and PA can be stopped before the operations of the NMOS transistor NM12 and the PMOS transistor PM5, which are constant current sources, become operations in the linear region. Therefore, there is no input common mode voltage Vcm whose jitter characteristics are extremely deteriorated. Therefore, it has good jitter characteristics with respect to the input common mode voltage Vcm in the entire range from the low potential power supply voltage VSS to the high potential power supply voltage VDD. As shown in FIG. 4, the jitter characteristics are particularly good in the input common mode voltage Vcm range where the differential amplifier circuits NA and PA operate together, regardless of the embodiment or the comparative example.

1、1a、1b 同相成分検出部
2、2a、2b 高周波成分除去部
3、3a、3b 制御信号発生部
C1、C2 容量
CS 定電流源
N1〜N11 ノード
NA NMOS入力差動増幅回路
NM1〜NM18 NMOSトランジスタ
PA PMOS入力差動増幅回路
PM1〜PM17 PMOSトランジスタ
R1〜R4 抵抗
SW1〜SW4 スイッチ
X1、X4 ヒステリシスコンパレータ
X2、X3、X5〜X8 インバータ
1, 1a, 1b In-phase component detector 2, 2a, 2b High frequency component remover 3, 3a, 3b Control signal generator C1, C2 Capacitance CS Constant current source N1-N11 Node NA NMOS input differential amplifier circuit NM1-NM18 NMOS Transistor PA PMOS input differential amplifier circuit PM1-PM17 PMOS transistor R1-R4 Resistor SW1-SW4 Switch X1, X4 Hysteresis comparator X2, X3, X5-X8 Inverter

Claims (7)

各ゲートに差動入力信号が入力される第1PMOSトランジスタ対を有する第1差動増幅器と、
各ゲートに前記差動入力信号が入力される第1NMOSトランジスタ対を有する第2差動増幅器と、
前記差動入力信号の同相成分を検出する同相成分検出部と、
前記同相成分から高周波成分を除去する高周波成分除去部と、
前記高周波成分が除去された同相成分に基づいて、前記差動入力信号のコモンモード電圧が第1基準電圧より高い場合、前記第1差動増幅器の動作を停止し、前記コモンモード電圧が第2基準電圧より低い場合(ただし、当該第2基準電圧は前記第1基準電圧より低い)、前記第2差動増幅器の動作を停止するための制御信号を発生する制御信号発生部と、を備えた演算増幅器。
A first differential amplifier having a first PMOS transistor pair with a differential input signal input to each gate;
A second differential amplifier having a first NMOS transistor pair to which the differential input signal is input to each gate;
An in-phase component detector for detecting an in-phase component of the differential input signal;
A high-frequency component removing unit that removes a high-frequency component from the in-phase component;
When the common mode voltage of the differential input signal is higher than the first reference voltage based on the common-mode component from which the high frequency component has been removed, the operation of the first differential amplifier is stopped, and the common mode voltage is A control signal generator for generating a control signal for stopping the operation of the second differential amplifier when the voltage is lower than a reference voltage (however, the second reference voltage is lower than the first reference voltage). Operational amplifier.
前記同相成分検出部は、
各ゲートに前記差動入力信号が入力され、ソース同士及びドレイン同士が互いに接続された第2PMOSトランジスタ対を有する第1同相成分検出部と、
各ゲートに前記差動入力信号が入力され、ソース同士及びドレイン同士が互いに接続された第2NMOSトランジスタ対を有する第2同相成分検出部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の演算増幅器。
The in-phase component detection unit
A first common-mode component detection unit having a second PMOS transistor pair in which the differential input signal is input to each gate and the sources and drains are connected to each other;
2. The calculation according to claim 1, further comprising: a second in-phase component detection unit having a second NMOS transistor pair in which the differential input signal is input to each gate and the sources and drains are connected to each other. amplifier.
前記第1PMOSトランジスタ対と、高電位電源との間に設けられた電流源PMOSトランジスタと、
前記第2PMOSトランジスタ対と、高電位電源との間に設けられたPMOSトランジスタと、を備え、
当該PMOSトランジスタのドレイン電圧が、前記電流源PMOSトランジスタのドレイン電圧より高く、
前記第1NMOSトランジスタ対と、高電位電源との間に設けられた電流源NMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタ対と、高電位電源との間に設けられたNMOSトランジスタと、を備え、
当該NMOSトランジスタのドレイン電圧が、前記電流源NPMOSトランジスタのドレイン電圧より低い、ことを特徴とする請求項2に記載の演算増幅器。
A current source PMOS transistor provided between the first PMOS transistor pair and a high potential power source;
A PMOS transistor provided between the second PMOS transistor pair and a high potential power source,
The drain voltage of the PMOS transistor is higher than the drain voltage of the current source PMOS transistor;
A current source NMOS transistor provided between the first NMOS transistor pair and a high potential power source;
An NMOS transistor provided between the second NMOS transistor pair and a high potential power source,
3. The operational amplifier according to claim 2, wherein a drain voltage of the NMOS transistor is lower than a drain voltage of the current source NPMOS transistor.
前記高周波成分除去部は、
前記第1同相成分検出部に接続された第1ローパスフィルターと、
前記第2同相成分検出部に接続された第2ローパスフィルターと、を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載の演算増幅器。
The high-frequency component removing unit is
A first low-pass filter connected to the first in-phase component detector;
The operational amplifier according to claim 2, further comprising: a second low-pass filter connected to the second in-phase component detection unit.
制御信号発生部は、
前記第1ローパスフィルターに接続された第1コンパレータと、
前記第2ローパスフィルターに接続された第2コンパレータと、を備えることを特徴とする請求項4に記載の演算増幅器。
The control signal generator
A first comparator connected to the first low pass filter;
The operational amplifier according to claim 4, further comprising a second comparator connected to the second low-pass filter.
前記第1及び第2コンパレータは、ヒステリシスコンパレータであることを特徴とする請求項5に記載の演算増幅器。   6. The operational amplifier according to claim 5, wherein the first and second comparators are hysteresis comparators. 前記第1コンパレータから出力される前記制御信号に基づいて、前記電流源PMOSトランジスタのゲートに与えられる電圧が切り換わり、
前記第2コンパレータから出力される前記制御信号に基づいて、前記電流源NMOSトランジスタのゲートに与えられる電圧が切り換わることを特徴とする請求項5又は6に記載の演算増幅器。
Based on the control signal output from the first comparator, the voltage applied to the gate of the current source PMOS transistor is switched,
7. The operational amplifier according to claim 5, wherein a voltage applied to a gate of the current source NMOS transistor is switched based on the control signal output from the second comparator.
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