JP2013157929A - 差動増幅器、それを用いた電流ドライバ、発光装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1負荷トランジスタML1および第2負荷トランジスタML2は、第1入力トランジスタMi1および第2入力トランジスタMi2と接続される。テイル電流源504は、第1トランジスタM31のゲートソース間しきい値電圧VTHに比例したテイル電流Itを生成し、差動対502に供給する。差動対502とカレントミラー負荷506の接続点N1、N2と接地ラインLGNDの間には、第1可変抵抗Rv1、第2可変抵抗Rv2が接続される。
【選択図】図3
Description
補償回路は、(i)第1入力トランジスタと第1負荷トランジスタの接続点である第1ノードと第1固定電圧ラインの間に設けられた第1可変抵抗、(ii)第2ノードと第1固定電圧ラインの間に設けられた第2可変抵抗、(iii)第1ノードと第2固定電圧ラインの間に設けられた第3可変抵抗、(iv)第2ノードと第2固定電圧ラインの間に設けられた第4可変抵抗、の少なくともひとつを含む。テイル電流源は、そのソースが第1固定電圧ラインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第1トランジスタと、そのソースが第1トランジスタのドレインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第2トランジスタと、第2トランジスタのドレインと第2固定電圧ラインの間に設けられた第1抵抗と、そのゲートが第2トランジスタのゲートと接続された第2導電型MOSFETである第3トランジスタと、第3トランジスタのソースと第1固定電圧ラインの間に設けられた第2抵抗と、を含み、第3トランジスタに流れる電流に比例したテイル電流を出力するよう構成される。
IM3=VTH/R …(1)
ここで、同じ半導体チップ上の、同じ導電型のMOSFETのゲートソース間電圧は、プロセスばらつき、温度変動に関して同じ傾向を示す。したがって、第1、第2負荷トランジスタのゲートソース間電圧がばらつき、あるいは変動すると、それに追従してテイル電流が調節される。その結果、ある入力状態において、第1ノードおよび第2ノードの電位を、プロセスばらつき、温度変動によらずに一定に保つことができる。
第1可変抵抗に流れる電流は、第1ノードの電位VN1と、第1可変抵抗の抵抗値Rv1を用いて、VN1/Rv1で与えられる。同様に第2可変抵抗に流れる電流は、第2ノードの電位VN2と、第2可変抵抗の抵抗値Rv2を用いて、VN2/Rv2で与えられる。この態様によれば、第1ノード、第2ノードの電位VN1、VN2が一定に保たれるため、補償回路が生成する電流を一定に保つことができる。そしてこの差動増幅器によれば、補償回路を可変抵抗で構成できるため、回路面積、消費電流の増大を抑制できる。
これにより、第2抵抗とリペア抵抗のばらつき、温度特性を揃えることができ、リペア精度を高めることができる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
第2負荷トランジスタML2のゲートは第1負荷トランジスタML1のゲートと接続され、そのドレインは第2入力トランジスタMi2のドレインと接続され、そのソースは第1固定電圧ライン(接地ラインLGND)と接続される。
第2トランジスタM32もNチャンネルMOSFETであり、そのソースは第1トランジスタM31のドレインと接続され、そのゲートとドレインが接続される。
第1抵抗R31は、第2トランジスタM32のドレインと第2固定電圧ライン(電源ラインLVDD)の間に設けられる。第3トランジスタM33はNチャンネルMOSFETであり、そのゲートは第2トランジスタM32のゲートと接続される。
第2抵抗R32は、第3トランジスタM32のソースと第1固定電圧ライン(接地ラインLGND)の間に設けられる。
VG3=VTH+VGS2 …(3)
VS3=VG2−VGS3 …(4)
VS3=VTH …(5)
IM33=VTH/R32
したがって、テイル電流Itは、第1トランジスタM31のゲートソース間電圧VTHに比例する。
いま温度変化に応じた、図3の回路図中の電流値、電圧値、抵抗値の変化量をΔを付して表すものとする。たとえば第1トランジスタM31のゲートソース間しきい値電圧VTHの変化量はΔVTHであり、テイル電流Itの変化量はΔItであり、第2抵抗R32の変化量はΔR32である。このとき、以下の式が成り立つ。
ΔIt=ΔVTH(M31)/ΔR32
=1/2×ΔVTH(M31)/ΔR32−ΔVTH(ML1)/ΔRv1
ΔIML2=−ΔIt/2−ΔVTH(M34)/ΔRv2
=1/2×ΔVTH(M31)/ΔR32−ΔVTH(ML2)/ΔRv2
もし、第1可変抵抗Rv1の抵抗値が無限大となると、ΔIML1の右辺のΔVTH(ML1)/ΔRv1がゼロとなる。この場合、ΔIML1とΔIML2の温度依存性が一致しない。
図5は、図3の差動増幅器500を用いた電流ドライバ6の構成を示す回路図である。電流ドライバ6は、出力端子OUTに接続された負荷に、制御電圧VCNTに比例した駆動電流IDRVを供給する。
Vm1=R34×K×VCNT/R33 …(6a)
また、電圧Vm2、Vm3は式(6b)、(6c)で与えられる。
Vm2=Vm1×(R35+R36)/R36 …(6b)
Vm3=Vm2×R38/(R37+R38) …(6c)
第5抵抗R35および第6抵抗R36の少なくとも一方は可変抵抗であり、電圧Vm2は、抵抗値によって調節可能である。
IDRV=Vm3/R39 …(7a)
式(7a)に、式(6a)〜(6c)を代入すれば、式(7b)を得る。
IDRV=R34×K×VCNT/R33×(R35+R36)/R36×R38/(R37+R38) …(7b)
第2固定電圧ライン(電源ラインLVDD)の電位が安定化されている場合、補償回路522は、第1可変抵抗Rv1、第2可変抵抗Rv2に代えて、第3可変抵抗、第4可変抵抗を備えてもよい。第3可変抵抗は、(iii)第1ノードN1と第2固定電圧ライン(LVDD)の間に設けられる。第4可変抵抗は、(iv)第2ノードN2と第2固定電圧ライン(LVDD)の間に設けられる。
図10は、第2の変形例に係る差動増幅器500aの構成を示す回路図である。差動増幅器500aは、図3のPチャンネルとNチャンネルを置換し、天地を反転した構成である。この場合、第1導電型MOSFETはNチャンネルMOSFETであり、第2導電型MOSFETはPチャンネルMOSFETであり、第1固定電圧ラインは電源ラインLVDDであり、第2固定電圧ラインは接地ラインLGNDとなる。
Claims (17)
- そのゲートが第1入力端子と接続された第1導電型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第1入力トランジスタと、
そのゲートが第2入力端子と接続され、そのソースが前記第1入力トランジスタのソースと接続された第1導電型MOSFETである第2入力トランジスタと、
前記第1入力トランジスタおよび前記第2入力トランジスタのソースと接続され、テイル電流を供給するテイル電流源と、
そのゲートおよびドレインが前記第1入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第1負荷トランジスタと、
そのゲートが前記第1負荷トランジスタのゲートと接続され、そのドレインが前記第2入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第2負荷トランジスタと、
前記第2入力トランジスタと前記第2負荷トランジスタの接続点である第2ノードに生ずる信号に応じた出力信号を生成する出力段と、
(i)前記第1入力トランジスタと前記第1負荷トランジスタの接続点である第1ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第1可変抵抗、(ii)前記第2ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第2可変抵抗、(iii)前記第1ノードと第2固定電圧ラインの間に設けられた第3可変抵抗、(iv)前記第2ノードと前記第2固定電圧ラインの間に設けられた第4可変抵抗、の少なくともひとつを含む補償回路と、
を備え、
前記テイル電流源は、
そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第1トランジスタと、
そのソースが前記第1トランジスタのドレインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第2トランジスタと、
前記第2トランジスタのドレインと前記第2固定電圧ラインの間に設けられた第1抵抗と、
そのゲートが前記第2トランジスタのゲートと接続された第2導電型MOSFETである第3トランジスタと、
前記第3トランジスタのソースと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第2抵抗と、
を含み、前記第3トランジスタに流れる電流に比例した前記テイル電流を出力するよう構成されることを特徴とする差動増幅器。 - 前記第1トランジスタと、前記第1負荷トランジスタおよび前記第2負荷トランジスタは同じサイズで近接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の差動増幅器。
- 前記可変抵抗は、少なくともひとつのヒューズと、少なくとも1つのリペア抵抗を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の差動増幅器。
- 前記第2抵抗と前記リペア抵抗は、同じ構造を有し、近接して配置されることを特徴とする請求項3に記載の差動増幅器。
- 前記第2抵抗および前記リペア抵抗は、ポリ抵抗であることを特徴とする請求項3または4に記載の差動増幅器。
- 前記出力段は、
そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続され、そのゲートが前記第2ノードと接続された第2導電型MOSFETである第4トランジスタと、
そのゲートが前記第2トランジスタのゲートと接続され、そのソースが前記第4トランジスタのドレインと接続された第2導電型MOSFETである第5トランジスタと、
を含み、
前記第5トランジスタには、前記第3トランジスタに流れる電流に比例したバイアス電流が供給されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の差動増幅器。 - 前記テイル電流源は、
その入力端子が前記第3トランジスタのドレインと接続され、その出力端子が前記第1入力トランジスタおよび前記第2入力トランジスタのソースと接続され、前記第3トランジスタに流れる電流に比例した前記テイル電流を出力するカレントミラー回路をさらに含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の差動増幅器。 - 前記テイル電流源は、
その入力端子が前記第3トランジスタのドレインと接続され、その出力端子が前記第1入力トランジスタおよび前記第2入力トランジスタのソースと接続され、前記第3トランジスタに流れる電流に比例した前記テイル電流を出力するカレントミラー回路をさらに含み、
前記カレントミラー回路は、前記第5トランジスタのドレインと接続される第2出力端子を有し、前記第3トランジスタに流れる電流に比例した前記バイアス電流を、前記第5トランジスタに供給することを特徴とする請求項6に記載の差動増幅器。 - 前記カレントミラー回路は、カスコードカレントミラーであることを特徴とする請求項7または8に記載の差動増幅器。
- 前記第1固定電圧ラインは接地ラインであり、前記第2固定電圧ラインは電源ラインであり、
前記第1導電型MOSFETはPチャンネルMOSFETであり、
前記第2導電型MOSFETはNチャンネルMOSFETであることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の差動増幅器。 - 前記第1固定電圧ラインは電源ラインであり、前記第2固定電圧ラインは接地ラインであり、
前記第1導電型MOSFETはNチャンネルMOSFETであり、
前記第2導電型MOSFETはPチャンネルMOSFETであることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の差動増幅器。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の差動増幅器。
- そのゲートが第1入力端子と接続された第1導電型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第1入力トランジスタと、
そのゲートが第2入力端子と接続され、そのソースが前記第1入力トランジスタのソースと接続された第1導電型MOSFETである第2入力トランジスタと、
そのゲートおよびドレインが前記第1入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第1負荷トランジスタと、
そのゲートが前記第1負荷トランジスタのゲートと接続され、そのドレインが前記第2入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第2負荷トランジスタと、
そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第1トランジスタと、
そのソースが前記第1トランジスタのドレインと接続され、そのゲートとドレインが接続された第2導電型MOSFETである第2トランジスタと、
前記第2トランジスタのドレインと第2固定電圧ラインの間に設けられた第1抵抗と、
そのゲートが前記第2トランジスタのゲートと接続された第2導電型MOSFETである第3トランジスタと、
前記第3トランジスタのソースと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第2抵抗と、
そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続され、そのゲートが前記第2入力トランジスタと前記第2負荷トランジスタの接続点である第2ノードと接続された第2導電型MOSFETである第4トランジスタと、
そのゲートが前記第2トランジスタのゲートと接続され、そのソースが前記第4トランジスタのドレインと接続された第2導電型MOSFETである第5トランジスタと、
その入力端子が前記第3トランジスタのドレインと接続され、その第1出力端子が前記第1入力トランジスタおよび前記第2入力トランジスタのソースと接続され、その第2出力端子が前記第5トランジスタのドレインと接続されるカレントミラー回路と、
前記第1入力トランジスタと前記第1負荷トランジスタの接続点である第1ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第1可変抵抗と、
前記第2ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第2可変抵抗と、
を備えることを特徴とする差動増幅器。 - そのゲートが第1入力端子と接続された第1導電型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第1入力トランジスタと、
そのゲートが第2入力端子と接続され、そのソースが前記第1入力トランジスタのソースと接続された第1導電型MOSFETである第2入力トランジスタと、
そのゲートおよびドレインが前記第1入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第1負荷トランジスタと、
そのゲートが前記第1負荷トランジスタのゲートと接続され、そのドレインが前記第2入力トランジスタのドレインと接続され、そのソースが前記第1固定電圧ラインと接続された第2導電型MOSFETである第2負荷トランジスタと、
前記第1入力トランジスタおよび前記第2入力トランジスタのソースと接続され、前記第1負荷トランジスタのゲートソース間しきい値電圧に比例するテイル電流を供給するテイル電流源と、
前記第2入力トランジスタと前記第2負荷トランジスタの接続点である第2ノードに生ずる信号に応じた出力信号を生成する出力段と、
(i)前記第1入力トランジスタと前記第1負荷トランジスタの接続点である第1ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第1可変抵抗、(ii)前記第2ノードと前記第1固定電圧ラインの間に設けられた第2可変抵抗、(iii)前記第1ノードと第2固定電圧ラインの間に設けられた第3可変抵抗、(iv)前記第2ノードと前記第2固定電圧ラインの間に設けられた第4可変抵抗、の少なくともひとつを含む補償回路と、
を備えることを特徴とする差動増幅器。 - 出力端子に接続された負荷に、制御電圧に比例した駆動電流を供給する電流ドライバであって、
その非反転入力端子に前記制御電圧が印加された第1演算増幅器と、
前記第1演算増幅器の反転入力端子と接地ラインの間に設けられた第3抵抗と、
そのゲートが前記第1演算増幅器の出力と接続され、そのソースが前記第1演算増幅器の反転入力端子と接続された第6トランジスタと、
その一端が前記接地ラインと接続された第4抵抗と、
前記第6トランジスタに流れる電流を折り返し、前記第4抵抗に供給するカレントミラー回路と、
その非反転入力端子に前記第4抵抗に生ずる電圧が印加された第2演算増幅器と、
そのゲートが前記第2演算増幅器の出力と接続され、そのソースが前記第2演算増幅器の反転入力端子と接続された第7トランジスタと、
前記第7トランジスタのソースと前記第2演算増幅器の反転入力端子の間に設けられた第5抵抗と、
前記第2演算増幅器の反転入力端子と接地ラインの間に設けられた第6抵抗と、
前記第7トランジスタのソースと接地ラインの間に直列に設けられた第7抵抗および第8抵抗と、
その非反転入力端子に前記第7抵抗と前記第8抵抗の接続点の電位が入力された第3演算増幅器と、
そのゲートが前記第3演算増幅器の出力と接続され、そのドレインが前記出力端子と接続され、そのソースが前記第3演算増幅器の反転入力端子と接続された第8トランジスタと、
前記第3演算増幅器の反転入力端子と前記接地ラインの間に設けられた第9抵抗と、
を含み、
前記第3演算増幅器は、請求項1から13のいずれかに記載の差動増幅器を含むことを特徴とする電流ドライバ。 - 発光素子と、
入力電圧を昇圧し、前記発光素子の第1端子に供給するDC/DCコンバータと、
その出力端子が前記発光素子の第2端子と接続された請求項15に記載の電流ドライバと、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 液晶ディスプレイと、
前記液晶ディスプレイのバックライトとして設けられた請求項16に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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JP2012018943A JP5829138B2 (ja) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | 差動増幅器、それを用いた電流ドライバ、発光装置および電子機器 |
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JP2021523621A (ja) * | 2018-05-07 | 2021-09-02 | メイコム テクノロジー ソリューションズ ホールディングス インコーポレイテッド | 直流結合段を含む小型高ゲイン増幅器 |
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