JP2503926B2 - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JP2503926B2
JP2503926B2 JP5311411A JP31141193A JP2503926B2 JP 2503926 B2 JP2503926 B2 JP 2503926B2 JP 5311411 A JP5311411 A JP 5311411A JP 31141193 A JP31141193 A JP 31141193A JP 2503926 B2 JP2503926 B2 JP 2503926B2
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俊之 江藤
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅回路に関し、特に
絶縁ゲート(MOS)トランジスタで構成したプッシュ
プル出力増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の増幅回路のうち、プッシ
ュプル出力増幅回路と呼ばれる回路は、例えば、図3に
示すように構成されていた。
【0003】この従来のプッシュプル出力増幅回路は、
トランジスタ1および4のそれぞれと電流源50とで差
動対が構成され、トランジスタ2および3、トランジス
タ41および42ならびにトランジスタ43および44
で各々カレント,ミラーを構成し、またトランジスタ4
4と45が出力段として用いられる。容量55は位相補
償用である。
【0004】さらに、トランジスタ1のゲートは反転入
力端子60に、トランジスタ4のゲートは正転入力端子
61に、またトランジスタ44および45のそれぞれの
ドレインが出力端子62に導出される。
【0005】次に、従来のプッシュプル出力増幅回路の
動作について説明する。
【0006】入力端子60と61とに印加された差動信
号の出力端子62への信号経路を考える。差動信号はト
ランジスタ2と3とで構成されたカレント・ミラーでシ
ングルエンド信号に変換され、トランジスタ3および4
のそれぞれのドレインに出力される。
【0007】この信号でトランジスタ45を駆動するこ
とにより、出力端子62に接続された負荷からの吸い込
み電流を供給する。また同時に、この信号はトランジス
タ40と電流源52とによる増幅回路を介し、さらに、
トランジスタ41と42およびトランジスタ43と44
とで構成される二つのカレント・ミラーを介して、負荷
への吐き出し電流を供給する。
【0008】吸い込み電流、即ち、トランジスタ45の
ドレイン電流はゲート電圧の増加に応じて増加する。
【0009】一方、トランジスタ44のドレイン電流
は、トランジスタ40のゲート電圧が減少することによ
り増加する。また本回路は吐き出し電流側の信号経路に
含まれるカレント・ミラーのミラー比を1以上とするこ
とにより、無信号時の消費電流を大幅に抑えることが可
能となる、いわゆるプッシュプル出力増幅動作となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプッシュプル出力増幅回路の周波数特性を考察
すると、伝達関数の主極は位相補償容量55で決まる。
2次以上の高次の極は、一般に負荷と回路内部で発生す
る。
【0011】この従来のプッシュプル増幅回路の吐き出
し電流側の信号経路では、トランジスタ40のゲートか
ら出力端子62へまでで、合計3回の位相反転が生じ
る。さらに、この経路に含まれるカレント・ミラーのミ
ラー比が大きいためミラー効果による位相遅れが生じ
る。これらのために高次の極が発生し、位相余裕が低下
する。従って、これらの高次の極を高周波化するため
に、無信号時の消費電流が増加するという欠点がある。
【0012】本発明はこのような欠点を除き、CMOS
プロセスにおいて低消費電流で、かつ広帯域なプッシュ
プル出力増幅回路を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の増幅回路は、第
1および第2のそれぞれの入力端子に導出された差動対
と、ゲートがこの差動対の出力に接続されソース接地さ
れた第1のトランジスタと、ソースが前記第1のトラン
ジスタのドレインに接続されゲート接地された第2のト
ランジスタと、ソースが前記第2のトランジスタのドレ
インに接続されゲート接地された前記第2のトランジス
タと逆極性の第3のトランジスタと、出力が前記第3の
トランジスタのソースに接続された前記第3のトランジ
スタと同極性のカレント・ミラーと、ドレインが前記カ
レント・ミラーの入力に接続されソース接地された第4
のトランジスタと、ゲートが前記差動対の出力に接続さ
れソース接地された第5のトランジスタとを備え、前記
第1のトランジスタのドレインと前記第4のトランジス
タのゲートとが接続され前記第3のトランジスタのドレ
インと前記第5のトランジスタのドレインとがともに出
力端子に導出された構成である。
【0014】また、本発明の増幅回路の前記第1、第
2、第4および第5のそれぞれのトランジスタはNチャ
ネル型MOSトランジスタであり前記第3のトランジス
タはPチャネル型MOSトランジスタの構成とすること
もできる。
【0015】さらに、本発明の増幅回路は、前記第5の
トランジスタのゲートおよびドレインの間に位相補償用
容量素子を接続した構成とすることもできる。
【0016】また、本発明の他の増幅回路は、第1およ
び第2のそれぞれの入力端子に導入された差動対と、ゲ
ートがこの差動対の第1の出力に接続されソース接地さ
れた第1のトランジスタと、ソースが前記第1のトラン
ジスタのドレインに接続されゲート接地された第2のト
ランジスタと、ソースが前記第2のトランジスタのドレ
インに接続されゲート接地された前記第2のトランジス
タと逆極性の第3のトランジスタと、出力が前記第3の
トランジスタのソースに接続された前記第3のトランジ
スタと同極性の第1のカレント・ミラーと、ドレインが
前記第1のカレント・ミラーの入力に接続されソース接
地された第4のトランジスタと、ゲートが前記差動対の
第1の出力に接続されソース接地された第5のトランジ
スタとを備え、前記第1のトランジスタのドレインと前
記第4のトランジスタのゲートとが接続され前記第3の
トランジスタのドレインと前記第5のトランジスタのド
レインとがともに第1の出力端子に導出され、ゲートが
前記差動対の前記第1の出力とは逆位相の第2の出力に
接続されソース接地された第6のトランジスタと、ソー
スが前記第6のトランジスタのドレンインに接続されゲ
ート接地された第7のトランジスタと、ソースが前記第
7のトランジスタのドレインに接続されゲート接地され
た前記第7のトランジスタと逆極性の第8のトランジス
タと、出力が前記第8のトランジスタのソースに接続さ
れた前記第8のトランジスタと同極性の第2のカレント
・ミラーと、ドレインが前記第2のカレント・ミラーの
入力に接続されソース接地された第9のトランジスタ
と、ゲートが前記差動対の第2の出力に接続されソース
接地された第10のトランジスタとを備え、前記第6の
トランジスタのドレインと前記第9のトランジスタのゲ
ートとが接続され、前記第8のトランジスタのドレイン
と第10のトランジスタのドレインとがともに第2の出
力端子に導出された構成である。
【0017】さらにまた、本発明の他の増幅回路の前記
第1、第2、第4、第5、第6、第7、第9および第1
0のそれぞれのトランジスタはNチャネル型MOSであ
り前記第3および第8のそれぞれのトランジスタはPチ
ャネル型MOSトランジスタの構成とすることもでき
る。
【0018】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
【0019】図1は本発明の第1の実施例のプッシュプ
ル出力増幅回路の回路図である。
【0020】図1を参照すると、この実施例のプッシュ
プル出力増幅回路は、トランジスタ1および4のそれぞ
れと電流源50とで差動対が構成され、トランジスタ1
0と11とでカレント・ミラーを構成し、また、トラン
ジスタ8と12とがゲート接地トランジスタとして用い
られる。
【0021】トランジスタ5と6および電流源51でト
ランジスタ8のゲート電位のバイアス回路を構成する。
容量55を位相補償用として用いる構成である。
【0022】さらに、トランジスタ1のゲートは反転入
力端子60に、トランジスタ4のゲートは正転入力端子
61に、またトランジスタ12と13のそれぞれのドレ
インが出力端子62に導出される。
【0023】次に、本発明の第1の実施例のプッシュプ
ル増幅回路の動作について説明する。
【0024】まず最初に、入力端子60と61に印加さ
れた差動信号の出力端子62への信号経路を考える。差
動信号はトランジスタ2と3とで構成されたカレント・
ミラーでシングルエンド信号に変換され、トランジスタ
3および4のそれぞれのドレインに出力される。この信
号でトランジスタ13を駆動することにより、出力端子
62に接続された負荷からの吸い込み電流を供給する。
【0025】次に、負荷への吐き出し電流側は、本回路
では二つの信号経路を有する。
【0026】一つは、トランジスタ7→トランジスタ9
→トランジスタ10→トランジスタ11→トランジスタ
12の5個のトランジスタを経由し、3回の位相反転が
行われる。もう一つはトランジスタ7→トランジスタ8
→トランジスタ12の3個のトランジスタを経由し、1
回のみの位相反転が生じる。
【0027】この二つの信号経路の信号遅延を考えると
後者の方が、高速であることは経路に含むトランジスタ
の数を比較すれば明かである。
【0028】このため、後者の信号経路が前者の信号経
路のフィード・フォワード・パスとなり高周波での位相
回転を抑える。また両者の経路に共通に含まれるゲート
接地トランジスタ12は出力とのレベル・シフトを行う
ために挿入されているが、トランジスタ11で発生する
ミラー効果を併せて低減している。
【0029】次に、この実施例のプッシュプル増幅回路
のスルー・レートの高速化が達成されることを、従来例
と比較しながら説明する。
【0030】従来例のプッシュプル増幅回路の負荷への
吐き出し電流が最大になるのは、トランジスタ40がオ
フしたときである。いま電流源52の電流値をIB、ト
ランジスタ(41〜44)で、m倍の電流増幅が行われ
るとすると、この値は(m×IB )となる。
【0031】一方、本発明の第1の実施例のプッシュプ
ル増幅回路の吐き出し電流の増大は、トランジスタ7が
オフしたときに生じる。無信号時の消費電流を等しくす
るため、電流源51の電流値をIBO=(IB /2)と
し、トランジスタ(5〜9)のサイズを説明を簡単にす
るためすべて同一とし、ゲート幅をW、ゲート長をLと
する。さらにトランジスタ10と11とで構成されるカ
レント・ミラーでm倍の電流増幅が行われるとする。
【0032】β=μCoxW/2L μ:表面移動度、Cox:単位面積当たりのゲート容量と
おくと、トランジスタ5と8のゲート電位VG5
【0033】
【0034】従って、トランジスタ7がオフしたときの
トランジスタ9のゲート電位VG9は
【0035】
【0036】このときのトランジスタ9のドレンイン電
流ID9は ID9≒β(VG9−VT 2 =4×(IBO)=2×
(IB )となる。以上から、吐き出し電流の最大値は
(2m)×(IB )となり、従来回路に比べ2倍の高速
化が達成される。
【0037】また吸い込み電流については、従来回路と
同一である。
【0038】次に、本発明の第2の実施例のプッシュプ
ル増幅回路について説明する。
【0039】図2を参照すると、この実施例のプッシュ
プル増幅回路は、第1の実施例のプッシュプル増幅回路
を二回路用いて全差動型の演算増幅回路を実現したもの
である。
【0040】この第2の実施例のプッシュプル増幅回路
の動作については、第1の実施例のプッシュプル増幅回
路と同様なので詳細な説明は省略する。この実施例も第
1の実施例と同様に位相余裕の改善と無信号時の消費電
流が削減される。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、回路構成
上、低消費電流でも位相余裕が取れるため、広帯域化が
可能であり、大信号時における負荷駆動能力に優れると
いう効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のプッシュプル出力増幅
回路の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例のプッシュプル出力増幅
回路の構成を示す回路図である。
【図3】従来のプッシュプル出力増幅回路の構成を示す
回路図である。
【符号の説明】
1〜13、20〜37、40〜45 トランジスタ 50〜52 定電流源 55〜57 容量 60、61、64、65、67 入力端子 62、63、66 出力端子

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2のそれぞれの入力端子に
    導出された差動対と、ゲートがこの差動対の出力に接続
    されソース接地された第1のトランジスタと、ソースが
    前記第1のトランジスタのドレインに接続されゲート接
    地された第2のトランジスタと、ソースが前記第2のト
    ランジスタのドレインに接続されゲート接地された前記
    第2のトランジスタと逆極性の第3のトランジスタと、
    出力が前記第3のトランジスタのソースに接続された前
    記第3のトランジスタと同極性のカレント・ミラーと、
    ドレインが前記カレント・ミラーの入力に接続されソー
    ス接地された第4のトランジスタと、ゲートが前記差動
    対の出力に接続されソース接地された第5のトランジス
    タとを備え、前記第1のトランジスタのドレインと前記
    第4のトランジスタのゲートとが接続され前記第3のト
    ランジスタのドレインと前記第5のトランジスタのドレ
    インとがともに出力端子に導出されたことを特徴とする
    増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2、第4および第5のそれ
    ぞれのトランジスタはNチャネル型MOSトランジスタ
    であり前記第3のトランジスタはPチャネル型MOSト
    ランジスタであることを特徴とする請求項1記載の増幅
    回路。
  3. 【請求項3】 前記第5のトランジスタのゲートおよび
    ドレインの間に位相補償用容量素子を接続したことを特
    徴とする請求項1または2記載の増幅回路。
  4. 【請求項4】 第1および第2のそれぞれの入力端子に
    導入された差動対と、ゲートがこの差動対の第1の出力
    に接続されソース接地された第1のトランジスタと、ソ
    ースが前記第1のトランジスタのドレインに接続されゲ
    ート接地された第2のトランジスタと、ソースが前記第
    2のトランジスタのドレインに接続されゲート接地され
    た前記第2のトランジスタと逆極性の第3のトランジス
    タと、出力が前記第3のトランジスタのソースに接続さ
    れた前記第3のトランジスタと同極性の第1のカレント
    ・ミラーと、ドレインが前記第1のカレント・ミラーの
    入力に接続されソース接地された第4のトランジスタ
    と、ゲートが前記差動対の第1の出力に接続されソース
    接地された第5のトランジスタとを備え、前記第1のト
    ランジスタのドレインと前記第4のトランジスタのゲー
    トとが接続され前記第3のトランジスタのドレインと前
    記第5のトランジスタのドレインとがともに第1の出力
    端子に導出され、ゲートが前記差動対の前記第1の出力
    とは逆位相の第2の出力に接続されソース接地された第
    6のトランジスタと、ソースが前記第6のトランジスタ
    のドレンインに接続されゲート接地された第7のトラン
    ジスタと、ソースが前記第7のトランジスタのドレイン
    に接続されゲート接地された前記第7のトランジスタと
    逆極性の第8のトランジスタと、出力が前記第8のトラ
    ンジスタのソースに接続された前記第8のトランジスタ
    と同極性の第2のカレント・ミラーと、ドレインが前記
    第2のカレント・ミラーの入力に接続されソース接地さ
    れた第9のトランジスタと、ゲートが前記差動対の第2
    の出力に接続されソース接地された第10のトランジス
    タとを備え、前記第6のトランジスタのドレインと前記
    第9のトランジスタのゲートとが接続され、前記第8の
    トランジスタのドレインと第10のトランジスタのドレ
    インとがともに第2の出力端子に導出されたことを特徴
    とする増幅回路。
  5. 【請求項5】 前記第1、第2、第4、第5、第6、第
    7、第9および第10のそれぞれのトランジスタはNチ
    ャネル型MOSであり前記第3および第8のそれぞれの
    トランジスタはPチャネル型MOSトランジスタである
    ことを特徴とする請求項4記載の増幅回路。
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