JP2013090136A - Source follower circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ソースフォロア回路に関し、特にソースフォロア部が複数段接続されてなるソースフォロア回路に関する。 The present invention relates to a source follower circuit, and more particularly to a source follower circuit in which a plurality of source follower sections are connected.
従来、ソースフォロア回路は、構造の単純さや入力容量が小さいなどの理由から、固体撮像装置等の出力回路や、CCDインターフェースAFEの入力バッファ等として、多くのアプリケーションで使用されている。
これらのソースフォロア回路では、高速化に伴うサイズ増大による入力容量の増加や、ソースフォロアの出力に接続される負荷回路からの、ソース―ゲート間寄生容量を媒介とした入力へのキックバックを抑制する目的で、直列に接続された複数段のソースフォロア部で構成されていることが多い(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, a source follower circuit is used in many applications as an output circuit of a solid-state imaging device, an input buffer of a CCD interface AFE, and the like because of its simplicity of structure and small input capacity.
These source follower circuits suppress the increase of input capacity due to the increase in size due to speedup and the kickback to the input from the load circuit connected to the output of the source follower via the source-gate parasitic capacitance. For this purpose, it is often configured by a plurality of stages of source follower units connected in series (see, for example, Patent Document 1).
図3は、従来技術による複数段構成のソースフォロア回路30の一例を示したものであり、N型ソースフォロア部を2段直列に接続した場合を示している。
図3に示す複数段構成のソースフォロア回路30は、初段のソースフォロア部SF31を構成するN型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M31および電流源C31と、2段目のソースフォロア部SF32を構成するN型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M32および電流源C32と、を備える。
FIG. 3 shows an example of a multi-stage
A
MOSトランジスタM31のドレインは電源VDDに接続され、ソースには電流源C31が接続される。同様にMOSトランジスタM32のドレインは電源VDDに接続され、ソースには電流源C32が接続される。
そして、MOSトランジスタM31のゲートには、ソースフォロア回路30への入力信号Vinが入力され、MOSトランジスタM31のソース電圧が、入力信号Vinに応じた出力信号Vout1として出力される。この出力信号Vout1がMOSトランジスタM32のゲートに入力され、MOSトランジスタM32のソース電圧が、出力信号Vout1に応じた出力信号Vout2として出力される。MOSトランジスタM32のソースには図示しない負荷回路が接続され、この負荷回路に出力信号Vout2が供給される。
The drain of the MOS transistor M31 is connected to the power supply VDD, and the current source C31 is connected to the source. Similarly, the drain of the MOS transistor M32 is connected to the power supply VDD, and the current source C32 is connected to the source.
The input signal Vin to the
ここで、2段目のソースフォロア部SF32は、このソースフォロア部SF32が駆動しなければいけない出力負荷によって、そのサイズや電流量が決定される。一方、初段のソースフォロア部SF31は、2段目のソースフォロア部SF32を駆動しさえすればよいので、少なくともソースフォロア部SF32よりもサイズも電流量も大幅に少なくて済む。その結果、初段のソースフォロア部SF31の入力容量を非常に小さくでき、また、入出力間の寄生容量も、2段それぞれのソースフォロア部SF31およびSF32のソース−ゲート間の寄生容量の直列接続となるため、非常に小さくなりキックバックも大幅に抑制できる。 Here, the size and current amount of the second-stage source follower unit SF32 are determined by the output load that must be driven by the source follower unit SF32. On the other hand, since the first-stage source follower part SF31 only needs to drive the second-stage source follower part SF32, at least the size and current amount of the source follower part SF32 may be significantly smaller than at least the source follower part SF32. As a result, the input capacitance of the first-stage source follower portion SF31 can be made very small, and the parasitic capacitance between the input and output is also connected to the series connection of the parasitic capacitance between the source and gate of each of the two-stage source follower portions SF31 and SF32. Therefore, it becomes very small and kickback can be greatly suppressed.
しかしながら、一般にソースフォロア回路では、出力レベルは入力レベルに対して、ΔV(≒入力MOSトランジスタのオーバードライブ電圧+閾値電圧)だけシフトして出力される。
そのため、ソースフォロア回路の入出力可能範囲は、このΔVのシフトが生じても、ソースフォロア回路(ソースフォロア回路の電流バイアス用のMOSトランジスタも含む)を構成するMOSトランジスタが飽和領域で稼働できる範囲となる。
However, in general, in the source follower circuit, the output level is shifted from the input level by ΔV (≈overdrive voltage + threshold voltage of the input MOS transistor) and output.
Therefore, the input / output possible range of the source follower circuit is a range in which the MOS transistors constituting the source follower circuit (including the MOS transistor for current bias of the source follower circuit) can operate in the saturation region even if this ΔV shift occurs. It becomes.
ここで、図3の複数段構成のソースフォロア回路30の場合、各ソースフォロア部SF31、SF32では、入出力間でそれぞれΔV1、ΔV2のシフトが生じる。この時の伝達関数は次式(1)で表される。
Vout2=Vin−ΔV1−ΔV2 ……(1)
この(1)式から分かるように、入力(Vin)に対し、出力(Vout2)は“ΔV1+ΔV2”だけ低電圧側にシフトしてしまうため、ソースフォロア回路30全体の入出力可能範囲は、大幅に減少してしまう。
Here, in the case of the
Vout2 = Vin−ΔV1−ΔV2 (1)
As can be seen from the equation (1), the output (Vout2) is shifted to the lower voltage side by “ΔV1 + ΔV2” with respect to the input (Vin), so that the input / output possible range of the entire
また、入出力レンジを確保するために、例えば、図4に示すように、N型MOSトランジスタM41およびそのソースに接続される電流源C41からなるN型ソースフォロア部SF41と、P型MOSトランジスタM42およびそのソースに接続される電流源C42とからなるP型ソースフォロア部SF42とを交互に直列に接続して複数段構成のソースフォロア回路40を構成する方法も提案されている。
In order to secure the input / output range, for example, as shown in FIG. 4, an N-type source follower section SF41 including an N-type MOS transistor M41 and a current source C41 connected to the source thereof, and a P-type MOS transistor M42 In addition, a method of configuring a
この場合、ソースフォロア部SF41およびSF42の入出力間レベル差ΔV1およびΔV2が同じ値となるような構成にしておけば、原理的には互いにΔV1、ΔV2のシフトを打ち消すように動作するので、入力レンジは1段構成のソースフォロア回路と変わらない。しかし、現実にはP型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタとでは、MOSトランジスタの製造上のばらつきが大きいため、互いのシフトを十分に相殺することは難しく、結果的に入出力レンジをあまり大きく確保することが出来ない、という問題がある。 In this case, if the configuration is such that the input-output level differences ΔV1 and ΔV2 of the source follower portions SF41 and SF42 have the same value, in principle, the operation is performed so as to cancel the shift of ΔV1 and ΔV2. The range is the same as a one-stage source follower circuit. However, in reality, P-type MOS transistors and N-type MOS transistors have large variations in MOS transistor manufacturing, so it is difficult to sufficiently offset each other's shift, and as a result, a large input / output range is secured. There is a problem that it cannot be done.
そのため、複数段で構成したとしても、十分な入出力レンジを確保することの可能なソースフォロア回路が望まれていた。
本発明は、上記した点を鑑みてなされたものであり、十分な入出力レンジを確保することの可能な複数段構成のソースフォロア回路を提供することを目的としている。
For this reason, a source follower circuit capable of ensuring a sufficient input / output range even when configured in a plurality of stages has been desired.
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a source follower circuit having a multi-stage configuration capable of ensuring a sufficient input / output range.
本発明の請求項1にかかるソースフォロア回路は、複数のソースフォロア部が直列に接続されてなるソースフォロア回路において、前記ソースフォロア部間に介挿される出力電圧調整用MOSトランジスタと当該出力電圧調整用MOSトランジスタのドレインに電流を供給する電流源とを備え、前記出力電圧調整用MOSトランジスタのソースは前段のソースフォロア部の出力端に接続され、且つ前記MOSトランジスタのドレインは後段のソースフォロア部の入力端に接続されることを特徴としている。 The source follower circuit according to claim 1 of the present invention is a source follower circuit in which a plurality of source follower units are connected in series, and an output voltage adjusting MOS transistor interposed between the source follower units and the output voltage adjusting unit. A current source for supplying current to the drain of the MOS transistor, the source of the output voltage adjusting MOS transistor is connected to the output terminal of the former source follower, and the drain of the MOS transistor is the latter source follower It is characterized by being connected to the input terminal.
また、請求項2にかかるソースフォロア回路は、請求項1にかかるソースフォロア回路において、前記複数のソースフォロア部の当該ソースフォロア部への入力信号がゲートに入力される入力MOSトランジスタおよび前記出力電圧調整用MOSトランジスタはチャネル種類が同一であって、前記前段のソースフォロア部の前記入力MOSトランジスタと前記出力電圧調整用MOSトランジスタとは、(ゲート長/ゲート幅)×(ドレイン−ソース間電流)の値が同一となるように設定されることを特徴としている。 A source follower circuit according to a second aspect is the source follower circuit according to the first aspect, wherein an input MOS transistor to which an input signal to the source follower section of the plurality of source follower sections is input to a gate and the output voltage The adjustment MOS transistors have the same channel type, and the input MOS transistor and the output voltage adjustment MOS transistor in the source follower section in the previous stage are (gate length / gate width) × (drain-source current) The values are set so as to be the same.
また、請求項3にかかるソースフォロア回路は、請求項1にかかるソースフォロア回路において、前記複数のソースフォロア部の当該ソースフォロア部への入力信号がゲートに入力される入力MOSトランジスタおよび前記出力電圧調整用MOSトランジスタはチャネル種類が同一であって、前記後段のソースフォロア部の前記入力MOSトランジスタと前記出力電圧調整用MOSトランジスタとは、(ゲート長/ゲート幅)×(ドレイン−ソース間電流)の値が同一となるように設定されることを特徴としている。 A source follower circuit according to claim 3 is the source follower circuit according to claim 1, wherein an input signal to the source follower section of the plurality of source follower sections is input to the gate and the output voltage The adjustment MOS transistors have the same channel type, and the input MOS transistor and the output voltage adjustment MOS transistor in the source follower section in the subsequent stage are (gate length / gate width) × (drain-source current) The values are set so as to be the same.
さらに、請求項4にかかるソースフォロア回路は、請求項1にかかるソースフォロア回路において、前記出力電圧調整用MOSトランジスタは、前記前段のソースフォロア部の当該ソースフォロア部への入力信号がゲートに入力される入力MOSトランジスタまたは前記後段のソースフォロア部の前記入力MOSトランジスタとチャネル種類が同一であることを特徴としている。 Furthermore, the source follower circuit according to claim 4 is the source follower circuit according to claim 1, wherein the output voltage adjusting MOS transistor is configured such that an input signal to the source follower part of the source follower part in the previous stage is input to the gate. The channel type is the same as that of the input MOS transistor or the input MOS transistor of the source follower section in the subsequent stage.
本発明によれば、ソースフォロア部間に介挿された出力電圧調整用MOSトランジスタにおける入出力間の電圧レベルのシフト方向は、ソースフォロア部のいずれかの入出力間の電圧レベルのシフト方向と逆となり、ソースフォロア部における電圧レベルのシフトを打ち消す方向に作用するため、ソースフォロア部の増加とともに、電圧レベルのシフトにより入出力レンジが狭くなることを抑制することができる。 According to the present invention, the voltage level shift direction between the input and output in the output voltage adjustment MOS transistor inserted between the source follower parts is the same as the voltage level shift direction between any input and output of the source follower part. On the contrary, it acts in a direction to cancel the voltage level shift in the source follower part, so that the increase in the source follower part and the narrowing of the input / output range due to the voltage level shift can be suppressed.
特に、前段または後段のソースフォロア部を構成する入力MOSトランジスタとソースフォロア部間に介挿された出力電圧調整用MOSトランジスタとで、チャネル種類を同一とし、且つ(ゲート長/ゲート幅)×(ドレイン−ソース間電流)の値が同一となるように設定したため、前段または後段のソースフォロア部における入力MOSトランジスタの電圧シフトと出力電圧調整用MOSトランジスタにおける電圧シフトとが同等程度となり相殺されることになる。このため、ソースフォロア部1段による電圧シフトを的確に抑制することができ、2段のソースフォロア回路であっても、1段分の電圧シフトに抑制することができる。 In particular, the input MOS transistor that constitutes the source follower part of the preceding stage or the subsequent stage and the output voltage adjusting MOS transistor that is interposed between the source follower parts have the same channel type and (gate length / gate width) × ( Since the drain-source current) is set to be the same value, the voltage shift of the input MOS transistor in the source follower section at the front stage or the rear stage and the voltage shift in the output voltage adjustment MOS transistor are comparable and cancel each other. become. For this reason, a voltage shift due to one stage of the source follower section can be accurately suppressed, and even a two-stage source follower circuit can be suppressed to a voltage shift of one stage.
また、前段または後段のソースフォロア部の入力MOSトランジスタとソースフォロア部間に介挿された出力電圧調整用MOSトランジスタとでチャネル種類が同一となるようにしたため、前段のソースフォロア部と後段のソースフォロア部とで入力MOSトランジスタのチャネル種類が異なる場合であっても、前段または後段のソースフォロア部における入力MOSトランジスタにおける電圧シフトを的確に抑制することができる。 In addition, since the channel type is the same between the input MOS transistor in the source follower section at the preceding stage or the output voltage adjusting MOS transistor inserted between the source follower sections, the source follower section at the preceding stage and the source at the subsequent stage are configured. Even when the channel type of the input MOS transistor differs between the follower part and the input MOS transistor in the source follower part of the preceding stage or the subsequent stage, the voltage shift can be suppressed accurately.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す、ソースフォロア回路10の構成を示したものであって、このソースフォロア回路10は、N型MOSトランジスタからなるソースフォロア部を2段直列に接続した複数段構成のソースフォロア回路である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 shows a configuration of a
図1に示すように、ソースフォロア回路10は、初段のソースフォロア部SF11と、2段目のソースフォロア部SF12と、これら初段および2段目のソースフォロア部SF11およびSF12を接続する接続部11と、から構成される。
初段のソースフォロア部SF11は、入力MOSトランジスタとしてのN型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M11およびこのMOSトランジスタM11のソースに接続される電流源C11とから構成され、MOSトランジスタM11のドレインは電源VDDに接続される。
As shown in FIG. 1, the
The first-stage source follower portion SF11 includes an N-type MOS transistor (hereinafter also simply referred to as a MOS transistor) M11 as an input MOS transistor and a current source C11 connected to the source of the MOS transistor M11. The MOS transistor M11 Is connected to the power supply VDD.
前記MOSトランジスタM11のゲートに、ソースフォロア回路10への入力信号Vinが入力され、MOSトランジスタM11のソース電圧が、入力信号Vinに応じた出力信号Vout1として出力される。
2段目のソースフォロア部SF12は、入力MOSトランジスタとしての、N型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M12およびこのMOSトランジスタM12のソースに接続される電流源C12とから構成され、MOSトランジスタM12のドレインは電源VDDに接続される。
An input signal Vin to the
The second-stage source follower portion SF12 includes an N-type MOS transistor (hereinafter also simply referred to as a MOS transistor) M12 as an input MOS transistor and a current source C12 connected to the source of the MOS transistor M12. The drain of the MOS transistor M12 is connected to the power supply VDD.
前記MOSトランジスタM12のゲートに、接続部11からの入力信号Vin2が入力され、MOSトランジスタM12のソース電圧が、入力信号Vin2に応じた出力信号Vout2として出力される。この出力信号Vout2が、ソースフォロア回路10の出力信号として、図示しない負荷回路に供給される。
接続部11は、電流源C13と、出力電圧調整用MOSトランジスタとしての、ダイオード接続されたN型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M13とから構成され、MOSトランジスタM13のドレインは電流源C13を介して電源VDDに接続されるとともに、2段目のソースフォロア部SF12のMOSトランジスタM12のゲートに接続される。
The input signal Vin2 from the
The
そして、MOSトランジスタM13のドレイン電圧が、初段のソースフォロア部SF11の出力信号Vout1に応じた信号として出力され、これが入力信号Vin2として、2段目のソースフォロア部SF12のMOSトランジスタM12のゲートに供給される。一方、MOSトランジスタM13のソースは、初段のソースフォロア部SF11の出力端、すなわち、MOSトランジスタM11のソースに接続される。 The drain voltage of the MOS transistor M13 is output as a signal corresponding to the output signal Vout1 of the first-stage source follower section SF11, and this is supplied as the input signal Vin2 to the gate of the MOS transistor M12 of the second-stage source follower section SF12. Is done. On the other hand, the source of the MOS transistor M13 is connected to the output terminal of the first source follower part SF11, that is, the source of the MOS transistor M11.
次に、図1のソースフォロア回路10の動作を説明する。
ソースフォロア回路10への入力信号Vinは、初段のソースフォロア部SF11のMOSトランジスタM11のゲートに入力され、ほぼ1倍の利得で、出力信号Vout1として出力される。
ただし、出力信号Vout1の出力レベルは、入力信号Vinの入力レベルに対して、ΔV1だけ低電圧側にシフトして出力される。このΔV1の値は、MOSトランジスタM11のオーバードライブ電圧と閾値電圧との和に等しい。
Next, the operation of the
The input signal Vin to the
However, the output level of the output signal Vout1 is shifted to the lower voltage side by ΔV1 with respect to the input level of the input signal Vin and output. The value of ΔV1 is equal to the sum of the overdrive voltage and the threshold voltage of the MOS transistor M11.
一方、接続部11のMOSトランジスタM13はダイオード接続されており、且つソースと初段のソースフォロア部SF11の出力端とが接続されているため、MOSトランジスタM13のドレイン電圧(入力信号Vin2)は、初段のソースフォロア部SF11の出力信号Vout1からΔV3だけ高電圧側にシフトした値となる。
このΔV3は、MOSトランジスタM13のソース−ドレイン間の電圧差であり、ΔV3は、MOSトランジスタM13がダイオード接続されているため、初段のソースフォロア部SF11の入出力レベル差と同じく、オーバードライブ電圧と閾値電圧との和となる。
On the other hand, since the MOS transistor M13 of the
This ΔV3 is the voltage difference between the source and drain of the MOS transistor M13, and ΔV3 is the same as the overdrive voltage as the input / output level difference of the first source follower portion SF11 because the MOS transistor M13 is diode-connected. It is the sum of the threshold voltage.
さらに、MOSトランジスタM13のドレイン電圧(入力信号Vin2)は、2段目のソースフォロア部SF12のMOSトランジスタM12のゲートに入力される。2段目のソースフォロア部SF12に入力された入力信号Vin2は、利得はほぼ1倍で、出力信号Vout2として出力される。ただし、出力信号Vout2の出力レベルは、入力信号Vin2の入力レベルに対して、ΔV2だけ低電圧側にシフトして出力される。この入出力間レベル差ΔV2は、MOSトランジスタM12のオーバードライブ電圧と閾値電圧との和に等しい。 Further, the drain voltage (input signal Vin2) of the MOS transistor M13 is input to the gate of the MOS transistor M12 of the second-stage source follower part SF12. The input signal Vin2 input to the second-stage source follower unit SF12 has a gain of about 1 and is output as the output signal Vout2. However, the output level of the output signal Vout2 is shifted to the lower voltage side by ΔV2 with respect to the input level of the input signal Vin2. This inter-input / output level difference ΔV2 is equal to the sum of the overdrive voltage and the threshold voltage of the MOS transistor M12.
以上より、図1のソースフォロア回路10の伝達関数は、次式(2)で表すことができる。
Vout2=Vin−ΔV1+ΔV3−ΔV2 ……(2)
この(2)式から分かるように、前記(1)式で表される従来技術に比べ、各ソースフォロア部SF11、SF12の入出力間レベル差ΔV1、ΔV2を打ち消す方向に入出力間レベル差ΔV3が加わったことになる。そのため、従来技術に比べ入力レンジを広く取ることが出来る。
From the above, the transfer function of the
Vout2 = Vin−ΔV1 + ΔV3−ΔV2 (2)
As can be seen from the equation (2), the input / output level difference ΔV3 in the direction of canceling out the input / output level differences ΔV1 and ΔV2 of the source follower portions SF11 and SF12 as compared with the prior art represented by the equation (1). Is added. For this reason, the input range can be widened as compared with the prior art.
ところで、オーバードライブ電圧は、同じN型MOSトランジスタであれば、MOSトランジスタのゲート長(L)をゲート幅(W)で割ったものに、ドレイン−ソース間電流(I)を掛けたもの、すなわち、「(L/W)×I」が等しければ、これらMOSトランジスタ間で同一値となる。また、閾値電圧は、同じ特性のN型MOSトランジスタであっても基板効果により変動してしまうが、本発明の回路では、「(L/W)×I」が等しければ、ソース−基板間電位も等しくなるため、基板効果を考慮したとしても閾値はおよそ等しい値となる。
そのため、MOSトランジスタM13の「(L/W)×I」の値を、MOSトランジスタM11およびM12の少なくとも一方と同じになるように決定すれば、ソースフォロア部SF11、もしくはSF12の一方の入出力間のレベルシフト分を完全にキャンセルすることが出来る。
By the way, if the overdrive voltage is the same N-type MOS transistor, the overdrive voltage obtained by dividing the gate length (L) of the MOS transistor by the gate width (W) and the drain-source current (I), that is, If “(L / W) × I” is equal, these MOS transistors have the same value. Further, the threshold voltage varies due to the substrate effect even in the N-type MOS transistor having the same characteristics. However, in the circuit of the present invention, if “(L / W) × I” is equal, the source-substrate potential is changed. Therefore, even if the substrate effect is taken into consideration, the threshold values are approximately equal.
Therefore, if the value of “(L / W) × I” of the MOS transistor M13 is determined to be the same as that of at least one of the MOS transistors M11 and M12, the source follower portion SF11 or one input / output between the SF12 This level shift can be canceled completely.
具体的に説明すると、MOSトランジスタM13とM11との「(L/W)×I」の値が等しくなるようにサイズを決定すれば、伝達関数は次式(3)で表すことができる。つまり、(L3/W3)×I3=(L1/W1)×I1となるように、MOSトランジスタM13およびM11のサイズを決定する。
Vout2=Vin−ΔV2 ……(3)
一方、MOSトランジスタM13とM12との「(L/W)×I」の値が等しくなるようにサイズを決定すれば、伝達関数は次式(4)で表すことができる(つまり、(L3/W3)×I3=(L2/W2)×I2)。
Vout2=Vin−ΔV1 ……(4)
以上より、複数のソースフォロア部(図1の場合には、SF11およびSF12)を直列に接続してソースフォロア回路10を構成したにも関わらず、1段のソースフォロア部と全く同じ入力レンジを確保することが可能となることがわかる。
More specifically, if the sizes are determined so that the values of “(L / W) × I” of the MOS transistors M13 and M11 are equal, the transfer function can be expressed by the following equation (3). That is, the sizes of the MOS transistors M13 and M11 are determined so that (L3 / W3) × I3 = (L1 / W1) × I1.
Vout2 = Vin−ΔV2 (3)
On the other hand, if the sizes are determined so that the values of “(L / W) × I” of the MOS transistors M13 and M12 are equal, the transfer function can be expressed by the following equation (4) (that is, (L3 / W3) × I3 = (L2 / W2) × I2).
Vout2 = Vin−ΔV1 (4)
As described above, although the
また、ソースフォロア回路10の出力に接続される負荷回路から入力へのキックバックについては、図1の構成とすることにより、入出力間の寄生容量がMOSトランジスタM11、M12、M13のゲート―ソース間容量の直列接続となり非常に小さくなるため、従来技術の2段の直列に接続したソースフォロア回路よりも大幅に抑制される。
また、移動度の高いN型MOSトランジスタだけを使用して複数段のソースフォロア回路を構成しているため、高速化にも有利となる。
Further, with respect to kickback from the load circuit connected to the output of the
In addition, since only a high mobility N-type MOS transistor is used to form a multi-stage source follower circuit, it is advantageous for speeding up.
なお、第1の実施形態では、2段のソースフォロア部SF11およびSF12を直列に接続した場合について説明を行ったが、直列に接続するソースフォロア部SFの段数は当然、2つ以上でもよい。その場合は、各ソースフォロア部SFの前段と後段との間に、図1のMOSトランジスタM13と電流源C13に相当する接続部11を挿入すればよい。
In the first embodiment, the case where the two-stage source follower units SF11 and SF12 are connected in series has been described. However, the number of source follower units SF connected in series may naturally be two or more. In that case, the connecting
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。
図2は、第2の実施形態におけるソースフォロア回路20を示す。この第2の実施形態は、上記第1の実施形態では、N型MOSトランジスタを用いたソースフォロア回路を構成した場合について説明したが、P型MOSトランジスタを用いたソースフォロア回路を構成したものである。
すなわち、第2の実施形態におけるソースフォロア回路20は、図2に示すように、初段のソースフォロア部SF21と、2段目のソースフォロア部SF22と、これら初段および2段目のソースフォロア部SF21およびSF22間に接続される接続部21と、から構成される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 shows the
That is, as shown in FIG. 2, the
初段のソースフォロア部SF21は、電流源C21と、入力MOSトランジスタとしてのP型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M21とから構成され、MOSトランジスタM21のソースは電流源C21を介して電源VDDに接続される。
そして、MOSトランジスタM21のゲートに、ソースフォロア回路20への入力信号Vinが入力され、MOSトランジスタM21のソース電圧が、入力信号Vinに応じた出力電圧Vout1として出力される。
The first-stage source follower portion SF21 includes a current source C21 and a P-type MOS transistor (hereinafter also simply referred to as a MOS transistor) M21 as an input MOS transistor. The source of the MOS transistor M21 is connected via the current source C21. Connected to the power supply VDD.
The input signal Vin to the
一方、2段目のソースフォロア部SF22は、電流源C22と、入力MOSトランジスタとしてのP型MOSトランジスタM22とから構成され、MOSトランジスタM22のソースが電流源C22を介して電源VDDに接続される。
そして、MOSトランジスタM22のゲートに、接続部21からの入力信号Vin2が入力され、MOSトランジスタM22のソース電圧が、入力信号Vin2に応じた出力信号Vout2として出力される。この出力信号Vout2が、ソースフォロア回路20の出力信号として、図示しない負荷回路に供給される。
On the other hand, the second-stage source follower part SF22 is composed of a current source C22 and a P-type MOS transistor M22 as an input MOS transistor, and the source of the MOS transistor M22 is connected to the power supply VDD via the current source C22. .
The input signal Vin2 from the
接続部21は、出力電圧調整用MOSトランジスタとしての、ダイオード接続されたP型MOSトランジスタ(以下、単にMOSトランジスタともいう。)M23と電流源C23とから構成され、MOSトランジスタM23のドレインは電流源C23に接続されるとともに、2段目のソースフォロア部SF22のMOSトランジスタM22のゲートに接続される。
The
また、MOSトランジスタM22のソースは、初段のソースフォロア部SF21の出力端、すなわちMOSトランジスタM21のソースに接続され、初段のソースフォロア部SF21の出力信号Vout1に応じたMOSトランジスタM23のドレイン電圧が、入力信号Vin2として、2段目のソースフォロア部SF22のMOSトランジスタM22のゲートに供給される。 The source of the MOS transistor M22 is connected to the output terminal of the first-stage source follower unit SF21, that is, the source of the MOS transistor M21, and the drain voltage of the MOS transistor M23 corresponding to the output signal Vout1 of the first-stage source follower unit SF21 is The input signal Vin2 is supplied to the gate of the MOS transistor M22 of the second-stage source follower unit SF22.
したがって、この第2の実施形態の場合には、ソースフォロア回路20への入力信号Vinは、初段のソースフォロア部SF21のMOSトランジスタM21のゲートに入力され、ほぼ1倍の利得で、出力信号Vout1として出力されるが、出力信号Vout1の出力レベルは、入力信号Vinの入力レベルに対して、ΔV1だけ高電圧側にシフトして出力される。このΔV1は、MOSトランジスタM21のオーバードライブ電圧と閾値電圧との和に等しい。
Therefore, in the case of the second embodiment, the input signal Vin to the
一方、接続部21のMOSトランジスタM23はダイオード接続されており、且つソースと初段のソースフォロア部SF21の出力端とが接続されているため、MOSトランジスタM23のドレイン電圧(入力信号Vin2)は、初段のソースフォロア部SF21の出力信号Vout1からΔV3だけ低電圧側にシフトした値となる。
このΔV3は、MOSトランジスタM23のソース−ドレイン間の電圧差であり、ΔV3は、MOSトランジスタM23がダイオード接続されているため、初段のソースフォロア部SF21の入出力レベル差と同じく、オーバードライブ電圧と閾値電圧との和となる。
On the other hand, since the MOS transistor M23 of the
This ΔV3 is the voltage difference between the source and drain of the MOS transistor M23, and ΔV3 is the same as the overdrive voltage as the input / output level difference of the first source follower part SF21 because the MOS transistor M23 is diode-connected. It is the sum of the threshold voltage.
さらに、MOSトランジスタM23のドレイン電圧Vin2は、2段目のソースフォロア部SF22のMOSトランジスタM22のゲートに入力され、2段目のソースフォロア部SF12から、利得はほぼ1倍で、出力信号Vout2として出力される。ただし、出力信号Vout2の出力レベルは、入力信号としてのドレイン電圧Vin2の入力レベルに対して、ΔV2だけ高電圧側にシフトして出力される。この入出力間レベル差ΔV2は、MOSトランジスタM22のオーバードライブ電圧と閾値電圧との和に等しい。
以上より、図2のソースフォロア回路20の伝達関数は、次式(5)で表すことができる。
Vout2=Vin+ΔV1−ΔV3+ΔV2 ……(5)
この(5)式から分かるように、各ソースフォロア部SF21、SF22の入出力間レベル差ΔV1、ΔV2を打ち消す方向にレベル差ΔV3が加わったことになる。そのため、この場合も、従来技術に比べ入力レンジを広く取ることが出来る。
Further, the drain voltage Vin2 of the MOS transistor M23 is input to the gate of the MOS transistor M22 of the second-stage source follower unit SF22, and the gain is almost 1 times from the second-stage source follower unit SF12, and the output signal Vout2 Is output. However, the output level of the output signal Vout2 is shifted to the high voltage side by ΔV2 with respect to the input level of the drain voltage Vin2 as the input signal and output. This input / output level difference ΔV2 is equal to the sum of the overdrive voltage and the threshold voltage of the MOS transistor M22.
From the above, the transfer function of the
Vout2 = Vin + ΔV1-ΔV3 + ΔV2 (5)
As can be seen from the equation (5), the level difference ΔV3 is added in the direction to cancel the input / output level differences ΔV1 and ΔV2 of the source follower portions SF21 and SF22. Therefore, also in this case, the input range can be widened as compared with the prior art.
そして、この場合も、MOSトランジスタM23の「(L/W)×I」の値を、MOSトランジスタM21およびM22の少なくとも一方と同じになるように決定すれば、ソースフォロア部SF21、もしくはSF22の一方の入出力間のレベルシフト分を完全にキャンセルすることが出来る。 Also in this case, if the value of “(L / W) × I” of the MOS transistor M23 is determined to be the same as that of at least one of the MOS transistors M21 and M22, one of the source follower portion SF21 or SF22 is determined. The level shift between input and output can be completely canceled.
以上より、複数のソースフォロア部(図2の場合には、SF21およびSF22)を直列に接続したにも関わらず、1段のソースフォロアと全く同じ入力レンジを確保することが可能となる。また、入出力間の寄生容量がMOSトランジスタM21、M22、M23のゲート―ソース間容量の直列接続となり非常に小さくなるため、従来技術の2段の直列に接続したソースフォロア回路よりも大幅に抑制される。
また、この第2の実施形態においても、直列に接続するソースフォロア部の段数を2つ以上とすることが可能であり、その場合は、各ソースフォロア部の前段と後段との間に、図2のMOSトランジスタM23と電流源C23に相当する接続部21を介挿すればよい。
また、上記第1および第2の実施形態においては、各ソースフォロア部SFを構成するMOSトランジスタと、接続部11を構成するMOSトランジスタとを同一のチャネル種類のMOSトランジスタで構成しているため、これらMOSトランジスタを同一工程で作製することができる。
From the above, it is possible to ensure the same input range as that of the one-stage source follower, although a plurality of source follower sections (SF21 and SF22 in the case of FIG. 2) are connected in series. In addition, since the parasitic capacitance between the input and output becomes very small due to the series connection of the gate-source capacitances of the MOS transistors M21, M22, and M23, it is significantly suppressed compared to the conventional two-stage series-connected source follower circuit. Is done.
Also in the second embodiment, the number of stages of source follower sections connected in series can be set to two or more. In this case, there is a difference between the front and rear stages of each source follower section. The connecting
In the first and second embodiments, the MOS transistors constituting each source follower part SF and the MOS transistors constituting the
したがって、接続部11を構成するMOSトランジスタと、各ソースフォロア部SFを構成するMOSトランジスタとでこれらの特性をより高精度に一致させることができる。そのため、接続部11を構成するMOSトランジスタM13により、ソースフォロア部SFにおける電圧シフト分をより確実に相殺することができる。
なお、上記各実施の形態においては、NチャネルまたはPチャネルのMOSトランジスタからなるソースフォロア部を複数段接続する構成とした場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、NチャネルのMOSトランジスタからなるソースフォロア部とPチャネルのMOSトランジスタからなるソースフォロア部とを接続して複数段からなるソースフォロア回路を構成することも可能である。
Therefore, the characteristics of the MOS transistor configuring the
In each of the above-described embodiments, the case where the source follower section composed of N-channel or P-channel MOS transistors is connected in a plurality of stages has been described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to configure a source follower circuit consisting of a plurality of stages by connecting a source follower portion made of a transistor and a source follower portion made of a P-channel MOS transistor.
この場合には、前段のソースフォロア部を構成するMOSトランジスタと、後段のソースフォロア部を構成するMOSトランジスタとのうちいずれか一方のチャネル種類と同一となるようにMOSトランジスタM13を構成し、このMOSトランジスタM13と同一のチャネル種類のMOSトランジスタからなる、前段または後段のソースフォロア回路における電圧シフトを、MOSトランジスタM13により相殺するように構成すればよい。 In this case, the MOS transistor M13 is configured so as to be the same as one of the channel types of the MOS transistor constituting the former source follower part and the MOS transistor constituting the latter source follower part. What is necessary is just to comprise so that the MOS transistor M13 may cancel the voltage shift in the source follower circuit of the front | former stage or back | latter stage which consists of MOS transistors of the same channel type as MOS transistor M13.
10、20 ソースフォロア回路
11、21 接続部
SF11、SF12 ソースフォロア部
SF21、SF22 ソースフォロア部
M11、M12 N型MOSトランジスタ(入力MOSトランジスタ)
M13 N型MOSトランジスタ(出力電圧調整用MOSトランジスタ)
M21、M22 P型MOSトランジスタ(入力MOSトランジスタ)
M23 P型MOSトランジスタ(出力電圧調整用MOSトランジスタ)
C11〜C13 電流源
C21〜C23 電流源
10, 20
SF11, SF12 Source follower part SF21, SF22 Source follower part M11, M12 N-type MOS transistor (input MOS transistor)
M13 N-type MOS transistor (MOS transistor for output voltage adjustment)
M21, M22 P-type MOS transistor (input MOS transistor)
M23 P-type MOS transistor (Output voltage adjustment MOS transistor)
C11 to C13 Current source C21 to C23 Current source
Claims (4)
前記ソースフォロア部間に介挿される出力電圧調整用MOSトランジスタと当該出力電圧調整用MOSトランジスタのドレインに電流を供給する電流源とを備え、
前記出力電圧調整用MOSトランジスタのソースは前段のソースフォロア部の出力端に接続され、且つ前記MOSトランジスタのドレインは後段のソースフォロア部の入力端に接続されることを特徴とするソースフォロア回路。 In a source follower circuit in which a plurality of source follower units are connected in series,
An output voltage adjusting MOS transistor interposed between the source follower sections and a current source for supplying current to the drain of the output voltage adjusting MOS transistor;
A source follower circuit characterized in that a source of the output voltage adjusting MOS transistor is connected to an output terminal of a previous source follower section, and a drain of the MOS transistor is connected to an input terminal of a subsequent source follower section.
前記前段のソースフォロア部の前記入力MOSトランジスタと前記出力電圧調整用MOSトランジスタとは、(ゲート長/ゲート幅)×(ドレイン−ソース間電流)の値が同一となるように設定されることを特徴とする請求項1記載のソースフォロア回路。 The input MOS transistor to which the input signal to the source follower section of the plurality of source follower sections is input to the gate and the output voltage adjusting MOS transistor have the same channel type,
The input MOS transistor and the output voltage adjustment MOS transistor in the source follower section of the previous stage are set so that the value of (gate length / gate width) × (drain-source current) is the same. The source follower circuit according to claim 1.
前記後段のソースフォロア部の前記入力MOSトランジスタと前記出力電圧調整用MOSトランジスタとは、(ゲート長/ゲート幅)×(ドレイン−ソース間電流)の値が同一となるように設定されることを特徴とする請求項1記載のソースフォロア回路。 The input MOS transistor to which the input signal to the source follower section of the plurality of source follower sections is input to the gate and the output voltage adjusting MOS transistor have the same channel type,
The input MOS transistor and the output voltage adjustment MOS transistor in the source follower section in the subsequent stage are set so that the value of (gate length / gate width) × (drain-source current) is the same. The source follower circuit according to claim 1.
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