JP3145650B2 - オペアンプ位相補償回路およびそれを用いたオペアンプ - Google Patents
オペアンプ位相補償回路およびそれを用いたオペアンプInfo
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Description
オペアンプ位相補償回路、および位相補償回路を有する
オペアンプに関する。
に、位相補償回路技術が報告されている。たとえば、文
献1 P. E. Allen and D.R. Holberg, "CMOS Analog Circuit
Design," Saunders College Publishing, pp. 382, 19
87 にオペアンプ位相補償回路が記載されている。
Sトランジスタ1、2に加えられる入力電圧VinpとVinn
の差に相当する電圧をDVinとする。またP型MOSトラン
ジスタ1、2のトランスコンダクタンスをgm1とする
と、P型MOSトランジスタ1のドレイン端子とN型MOSト
ランジスタ8のドレイン端子における小信号電流はgm1
・DVinで表される。この小信号電流はP型MOSトランジス
タ1のドレインコンダクタンスgd1とN型MOSトランジス
タ8のドレインコンダクタンスgd8を通して小信号電圧
に変化する。その小信号電圧は、gm1・DVin/(gd1+gd8)
で表される。この小信号電圧はN型MOSトランジスタ9
によって、小信号電流に変化する。N型MOSトランジスタ
9のトランスコンダクタンスをgm9とすると、この小信号
電流はgm1・gm9・DVin/(gd1+gd8)で表される。そして、
この小信号電流はP型MOSトランジスタ5のドレインコン
ダクタンスgd5とN型MOSトランジスタ9のドレインコン
ダクタンスgd9を通して小信号電圧gm1・gm9・DVin/{(g
d1+gd8)・(gd5+gd9)}に変化する。gm1・gm9/{(gd1+gd
8)・(gd5+gd9)}は1よりはるかに大きいので、このよ
うにして入力電圧はオペアンプによって増幅される。し
かしながら、通常オペアンプが応用される回路におい
て、オペアンプには負帰還がかけられる。もしも出力電
圧Voutの位相が入力電圧Vinpの位相に対して180度回転
したときにオペアンプの増幅度が1以上あるときは、オ
ペアンプの出力から入力に正の帰還がかかることにな
り、オペアンプは発振してしまう。
ようにバッファアンプ11と容量12が挿入されている。容
量12の役割は第1の極点を低い周波数側に移動させ、第
2の極点を高い周波数側に移動させることにより、オペ
アンプの増幅度が1のときの位相の回転が180度以下にな
るようにすることである。バッファアンプ11の役割は、
N型MOSトランジスタ9のドレイン端子からゲート端子
に信号を通し、N型MOSトランジスタ9のゲート端子か
らドレイン端子への信号を通さないことである。これに
より、容量12を挿入したことで発生する零点を右半平面
から左半平面に移動することができる。このようにバッ
ファアンプを補償容量とオペアンプの出力端子の間に挿
入することで、補償容量によって生じる零点を右半平面
から左半平面に移動することができるので、オペアンプ
の発振に対する安定性を向上することができる。
プ位相補償回路では、容量に電圧依存性があるときは、
バッファアンプ11を通してN型MOSトランジスタ9の
ゲート端子に伝えられる信号に歪みを生じる。その歪み
を含んだ信号はN型MOSトランジスタ9を通してオペア
ンプの出力に伝えられる。その結果オペアンプの出力に
歪みを生じてしまうため、従来のオペアンプ位相補償回
路では、ポリ2層容量に代表されるような電圧依存性の
小さい容量を必要としていた。そのため、基本的なデジ
タルCMOSプロセスにマスクと工程を追加したアナログCM
OSプロセスを必要とするという欠点を有していた。
に、この発明は、n+拡散領域をn-ウエルの内部に設け
たMOS容量に常にバイアス電圧を与えて、このMOS容量が
電圧依存性の小さい蓄積領域で動作する構成とした。上
記のように構成された位相補償回路は、基本的なデジタ
ルCMOSプロセスでも実現することができるため、従来の
方法に比べてコストを下げることができ、プロセスに要
する期間も短縮することができる。
図面に基づいて説明する。図1は、この発明による位相
補償回路を用いたオペアンプの構成図の一例である。入
力段は駆動用のP型MOSトランジスタ1、2、電流源用の
P型MOSトランジスタ3、および負荷用のN型MOSトランジ
スタ7、8から構成される。P型MOSトランジスタ3のゲー
ト電極にはバイアス電圧13が与えられている。一方、
出力段は電流源用のP型MOSトランジスタ5と駆動用のN
型MOSトランジスタ9から構成される。そして、P型MOS
トランジスタ4、6から構成されるバッファアンプとMOS
容量10によって、位相補償が行われる。
量の断面構造を示す。n+拡散領域がn-ウエルの内部に
設けられており底面電極を形成する。負の電源電圧VS
Sに接続されたP型基板と、このn+拡散領域は電気的
に分離されている。上面電極は通常MOSトランジスタの
ゲート電極に用いるのと同じゲート電極から形成でき
る。したがってこのMOS容量は基本的なデジタルCMOSプ
ロセスを変更、追加することなく作成できる。
けられたMOS容量の電圧依存性を示す。この図からわか
るようにこのMOS容量はポリ2層容量に比べて電圧依存性
が非常に大きい。しかしながら、正の電圧に対してはシ
リコン基板の表面に電子が引きつけられて、MOS容量が
蓄積領域で動作するため、容量の電圧依存性は非常に小
さい。
ランジスタ4、6を用いて構成されたバッファアンプはオ
ペアンプの出力電圧を正の方向にレベルシフトした信号
をMOS容量の上面電極に与える働きを兼ねるため、MOS容
量は常に正の電圧をバイアスされた状態で動作すること
ができ、容量の電圧依存性は非常に小さい。そのため図
3に示すように容量に電圧依存性があっても、この容量
は電圧依存性の小さい蓄積領域で動作するため、バッフ
ァアンプを通してN型MOSトランジスタ9のゲート端子
に伝えられる信号に歪みを生じない。
量の電圧依存性が小さいポリ2層容量を用いずに、基本
的なデジタルCMOSプロセスで作成できる単純なMOS容量
を用いて歪みを生じることなく、オペアンプの位相補償
を実現することができる。図4にN型MOSトランジスタを
入力に用いたオペアンプを示す。このときの位相補償回
路は2つのN型MOSトランジスタ8、16を用いたバッファ
アンプによって実現される。このときも図2に示すMOS容
量には常に正のバイアス電圧がかかることになり、歪み
を生じずに位相補償することが可能になる。以下に本発
明に用いるMOS容量の他の実施例を示す。
けられたMOS容量の断面図を示す。P +領域とn-ウエル
は短絡接続されている。このMOS容量は反転領域におい
て、容量値がほぼ一定になる特性を持つため、上面電極
には負のバイアス電圧をかけて使用する。容量値がほぼ
一定になるのに必要とされるバイアス電圧の値は図2の
容量に比べて大きくなる。図5のMOS容量を位相補償回路
に用いたオペアンプの例を図6に示す。ここでは、一例
としてP型MOSトランジスタ4、6を入力と位相補償のバ
ッファアンプに用いている。
けられたMOS容量のもうひとつの断面図を示す。この構
成はP型MOSトランジスタと同じである。n-ウエルは固
定電位VFに接続されており、基板からの雑音の影響を
低減できる。このMOS容量も反転領域において、容量値
がほぼ一定になる特性を持つため、上面電極には負のバ
イアス電圧をかけて使用する。
けられたMOS容量の断面図を示す。p-ウエルはP+領域
と等電位である。このMOS容量は蓄積領域において、容
量値がほぼ一定になる特性を持つが図2に示すMOS容量と
は極性が逆になるため、上面電極には負のバイアス電圧
をかけて使用する。図9にn+拡散領域がp-ウエルの内
部に設けられたMOS容量の断面図を示す。p-ウエルはn
+領域と短絡接続されている。このMOS容量は反転領域に
おいて、容量値がほぼ一定になる特性を持つが図5に示
すMOS容量とは極性が逆になるため、上面電極には正の
バイアス電圧をかけて使用する。
設けられたMOS容量のもうひとつの断面図を示す。この
構成はN型MOSトランジスタと同じである。p-ウエルは
固定電位VFに接続されており、基板からの雑音の影響
を低減できる。このMOS容量も反転領域において、容量
値がほぼ一定になる特性を持つため、上面電極には正の
バイアス電圧をかけて使用する。
けられたMOS容量の断面図を示す。この構成はP型MOSト
ランジスタと同じである。n-基板は正の電源電圧VD
Dに接続されている。このMOS容量は反転領域におい
て、容量値がほぼ一定になる特性を持つため、上面電極
には負のバイアス電圧をかけて使用する。図12にn+
拡散領域がp-基板の内部に設けられたMOS容量の断面図
を示す。この構成はN型MOSトランジスタと同じであ
る。p-基板は負の電源電圧VSSに接続されている。
このMOS容量は反転領域において、容量値がほぼ一定に
なる特性を持つが図11に示すMOS容量とは極性が逆に
なるため、上面電極には正のバイアス電圧をかけて使用
する。
のP型MOSトランジスタを用いて構成されたバッファア
ンプと、n+拡散領域をn-ウエルの内部に設けたMOS容
量を、オペアンプの最終段の出力端子と最終段の入力端
子の間に接続することによって位相補償回路を実現する
ため、基本的なデジタルCMOSプロセスでも回路を実現す
ることができ、従来の方法に比べてコストを下げること
ができるという効果がある。またプロセスに要する期間
も短縮することができるという効果がある。また通常MO
S容量およびMOSトランジスタのゲート酸化膜厚はポリ2
層容量に比べてはるかに薄いため、単位面積あたりの容
量値はMOS容量のほうがポリ2層容量に比べてはるかに大
きくなる。そのため、より小さいチップ面積で必要とす
る容量値を実現することができるという効果もある。
を用いることも可能である。また、MOS容量をn+拡散領
域をn-ウエルの内部に設けたもの以外の構造で作成す
ることも可能である。
成図である。
構造を示す模式図である。
依存性を示す図である。
成図である。
構造を示す模式図である。
成図である。
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
面構造を示す模式図である。
面構造を示す模式図である。
面構造を示す模式図である。
成図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 入力段と出力段を有するオペアンプの出
力段の出力信号を受けるバッファアンプと、一端が該バ
ッファアンプの出力に接続され、他端が前記出力段の入
力に接続される容量とを具備し、該容量は、nウエル中
のn型拡散層を底面電極、ゲート電極を上面電極とする
MOS容量であって、前記底面電極に対して正のバイア
ス電圧を前記上面電極に加える構成としたことを特徴と
するオペアンプの位相補償回路。 - 【請求項2】 前記バッファアンプは、バイアス電流を
与える第1のP型MOSトランジスタと、該第1のP型M
OSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号をそ
のゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容量
の上面電極に接続する第2のP型MOSトランジスタと
から構成される請求項1記載のオペアンプの位相補償回
路。 - 【請求項3】 前記バッファアンプは、バイアス電流を
与える第1のN型MOSトランジスタと、該第1のN型M
OSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号をそ
のゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容量
の底面電極に接続する第2のN型MOSトランジスタと
から構成される請求項1記載のオペアンプの位相補償回
路。 - 【請求項4】 入力段と、出力段と、該出力段の出力信
号を受けるバッファアンプと、一端が該バッファアンプ
の出力に接続され、他端が前記出力段の入力に接続され
る容量とを具備するオペアンプであって、該容量は、n
ウエル中のn型拡散層を底面電極、ゲート電極を上面電
極とするMOS容量であって、前記底面電極に対して正
のバイアス電圧を前記上面電極に加える構成としたこと
を特徴とするオペアンプ。 - 【請求項5】 前記バッファアンプは、バイアス電流を
与える第1のP型MOSトランジスタと、該第1のP型M
OSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号をそ
のゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容量
の上面電極に接続する第2のP型MOSトランジスタと
から構成される請求項4記載のオペアンプ。 - 【請求項6】 前記バッファアンプは、バイアス電流を
与える第1のN型MOSトランジスタと、該第1のN型M
OSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号をそ
のゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容量
の底面電極に接続する第2のN型MOSトランジスタと
から構成される請求項4記載のオペアンプ。 - 【請求項7】 入力段と出力段を有するオペアンプの出
力段の出力信号を受けるバッファアンプと、一端が該バ
ッファアンプの出力に接続され、他端が前記出力段の入
力に接続される容量とを具備し、該容量は、pウエル中
のp型拡散層を底面電極、ゲート電極を上面電極とする
MOS容量であって、前記底面電極に対して負のバイア
ス電圧を前記上面電極に加える構成としたことを特徴と
するオペアンプの位相補償回路。 - 【請求項8】 前記バッファアンプは、バイアス電流を
与える第1のN型MOSトランジスタと、該第1のN型M
OSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号をそ
のゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容量
の上面電極に接続する第2のN型MOSトランジスタと
から構成される請求項7記載のオペアンプの位相補償回
路。 - 【請求項9】 入力段と、出力段と、該出力段の出力信
号を受けるバッファアンプと、一端が該バッファアンプ
の出力に接続され、他端が前記出力段の入力に接続され
る容量とを具備するオペアンプであって、該容量は、p
ウエル中のp型拡散層を底面電極、ゲート電極を上面電
極とするMOS容量であって、前記底面電極に対して負
のバイアス電圧を前記上面電極に加える構成としたこと
を特徴とするオペアンプ。 - 【請求項10】 前記バッファアンプは、バイアス電流
を与える第1のN型MOSトランジスタと、該第1のN型
MOSトランジスタに直列に接続され、前記出力信号を
そのゲート電極に受け、そのソース電極を前記MOS容
量の上面電極に接続する第2のN型MOSトランジスタ
とから構成される請求項9記載のオペアンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP07417197A JP3145650B2 (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | オペアンプ位相補償回路およびそれを用いたオペアンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP07417197A JP3145650B2 (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | オペアンプ位相補償回路およびそれを用いたオペアンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10270956A JPH10270956A (ja) | 1998-10-09 |
JP3145650B2 true JP3145650B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=13539454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07417197A Expired - Lifetime JP3145650B2 (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | オペアンプ位相補償回路およびそれを用いたオペアンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3145650B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7724089B2 (en) | 2007-11-30 | 2010-05-25 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Amplifying circuit |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007011972A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 直流電源電圧安定化回路 |
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JP5775011B2 (ja) * | 2012-02-08 | 2015-09-09 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 演算増幅器 |
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-
1997
- 1997-03-26 JP JP07417197A patent/JP3145650B2/ja not_active Expired - Lifetime
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