JP3390235B2 - 演算増幅器及び反転増幅器 - Google Patents

演算増幅器及び反転増幅器

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JP3390235B2 JP33344493A JP33344493A JP3390235B2 JP 3390235 B2 JP3390235 B2 JP 3390235B2 JP 33344493 A JP33344493 A JP 33344493A JP 33344493 A JP33344493 A JP 33344493A JP 3390235 B2 JP3390235 B2 JP 3390235B2
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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CMOS等のプロセスを
用いた演算増幅器及び反転増幅器のパワーダウン技法に
係り、特に、回路のレイアウトサイズを縮小することの
可能な演算増幅器及び反転増幅器に関する。
【0002】近年の集積回路においては、低価格化を実
現するための高集積化、携帯機器等に用いられるための
低消費電力化等々の要求がある。その中で、低消費電力
化を実現する一方法として、使用されていないブロック
をパワーダウン(Power Down)状態にする方法がある
が、その役割を果たしているのが、パワーダウン回路で
ある。
【0003】各ブロックをパワーダウン状態にするため
には、パワーダウン用の回路を用いたり、パワーダウン
信号発生源からの配線回し等が必要となり、集積回路を
レイアウトする上で、レイアウトサイズの縮小化に対し
てネックになる場合が多い。そこで、高集積化を実現す
るために、レイアウトサイズに影響の少ないパワーダウ
ン技法が要求されている。
【0004】
【従来の技術】従来の演算増幅器においては、図5
(a)の従来の演算増幅器を用いた集積回路のレイアウ
トパターンに示すように、パワーダウン状態にするため
に、演算増幅器毎に、外部からのパワーダウン信号PD
を取り込み、該パワーダウン信号により動作するパワー
ダウン回路を備えている。
【0005】同図において、Aop1〜Aop4は演算
増幅器の配置領域、PDlはパワーダウン信号PDの配
線パターン、VDDlは電源VDDの配線パターン、G
NDlは接地電位GNDの配線パターンである。
【0006】また図5(b)は、従来の演算増幅器の回
路図である。同図において、TN1〜TN9はNチャネ
ルトランジスタ、TP3〜TP8はPチャネルトランジ
スタ、IV1はインバータ、ninは逆相入力、pin
は正相入力、biasはバイアス、PDはパワーダウン
信号、outは出力、VDDは電源、GNDは接地電位
である。尚、TP8はPチャネルパワーダウントランジ
スタであり、TN9はNチャネルパワーダウントランジ
スタである。
【0007】本従来例の演算増幅器では、パワーダウン
信号PDがアクティブになると、Pチャネルパワーダウ
ントランジスタTP8及びNチャネルパワーダウントラ
ンジスタTN9がそれぞれオンとなり、Nチャネルトラ
ンジスタTN5及びTN6、並びにPチャネルトランジ
スタTP7がそれぞれオフとなり、当該演算増幅器の動
作は停止し、出力outはハイインピーダンス状態とな
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の演算増
幅器または反転増幅器では、例えば図5(a)に示すよ
うな演算増幅器を並列接続した回路を構成する場合、各
々の演算増幅器または反転増幅器にパワーダウン回路を
備えているため、パワーダウン信号の発生源からの配線
がレイアウトにしめる割合が大きく、レイアウトサイズ
縮小の妨げになるという問題があった。
【0009】本発明は、上記問題点を解決するもので、
回路のレイアウトサイズを縮小することの可能な演算増
幅器及び反転増幅器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の特徴の反転増幅器は、逆相入力及び
正相入力を入力して第1電源及び第2電源により動作す
る演算増幅器を負帰還接続して構成され、パワーダウン
時には前記正相入力に前記第1電源または前記第2電源
の電位が入力され、非パワーダウン時には前記正相入力
に前記第1電源と前記第2電源の中間電位が入力される
反転増幅器であって、前記正相入力の入力電圧を入力
し、入力された前記正相入力の入力電圧に基づいてバイ
アス電圧を生成し、前記演算増幅器に前記バイアス電圧
を供給するバイアス電圧発生回路を有し、前記バイアス
電圧発生回路は、パワーダウン時には、前記バイアス電
圧を、前記正相入力から入力される前記第1電源または
前記第2電源の電位と実質的に同一の電位に設定するこ
とにより、前記演算増幅器の電源電流を減少させ、非パ
ワーダウン時には、前記バイアス電圧を前記正相入力の
入力電圧によらず所定の一定電位に設定することによ
り、前記演算増幅器の電源電流を前記パワーダウン時よ
りも大きい値に保持する。
【0011】また、本発明の第2の特徴の反転増幅器
は、前記正相入力に一端を接続した抵抗と、前記抵抗の
他端にドレイン電極およびゲート電極を接続したバイア
ストランジスタとを有し、前記バイアストランジスタの
ソース電極は、前記演算増幅器の前記正相入力側の入力
トランジスタがPチャネルトランジスタの場合には第1
電源に接続され、Nチャネルトランジスタの場合には第
2電源に接続される。
【0012】また、本発明の第3の特徴の反転増幅器
は、請求項1に記載の反転増幅器において、パワーダウ
ン時に、前記演算増幅器の前記正相入力側の入カトラン
ジスタがPチャネルトランジスタの場合には前記正相入
力に前記第1電源の電位が入力され、Nチャネルトラン
ジスタの場合には前記正相入力に前記第2電源の電位が
入力される。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【作用】本発明の第1、第2及び第3の反転増幅器で
は、逆相入力及び正相入力を入力して、第1電源及び第
2電源により動作する演算増幅器を、負帰還接続した反
転増幅器において、演算増幅器の正相入力を、演算増幅
器の正相入力側の入力トランジスタがPチャネルトラン
ジスタの場合には、該正相入力を第1電源に、Nチャネ
ルトランジスタの場合には、該正相入力を第2電源に、
それぞれ接続して、当該反転増幅器の電源電流を減少さ
せるようにしている。
【0020】また、本発明の第1、第2及び第3の特徴
反転増幅器では、逆相入力及び正相入力を入力して、
第1電源及び第2電源により動作する演算増幅器を、負
帰還接続した反転増幅器において、正相入力電圧に依存
して、演算増幅器にバイアス電圧を供給するバイアス電
圧発生手段により、演算増幅器の正相入力電圧を第1電
源または第2電源の電位に固定して、バイアス電圧を下
げ、当該反転増幅器の電源電流を減少させるようにして
いる。
【0021】つまり、本発明の第1、第2及び第3の特
徴の反転増幅器では、バイアス電圧を下げ、当該反転増
幅器の電源電流を減少させるので、パワーダウン動作の
ためのパワーダウン信号配線引き延ばしが不要となり、
レイアウトサイズが縮小する。
【0022】また、本発明の第1、第2及び第3の特徴
反転増幅器では、正相入力電圧に依存して演算増幅器
にバイアス電圧を供給するバイアス電圧発生手段を使用
するので、第1電源の変動に比べて正相入力の電圧変動
が小さいことから、安定したバイアス電圧の供給が可能
となる。
【0023】
【0024】
【0025】
【実施例】次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。第1実施例 図1(a)及び図1(b)に本発明の第1実施例に係る
反転増幅器及び演算増幅器の回路図を示す。図1におい
て、図5(b)(従来例)と重複する部分には同一の符
号を附する。
【0026】図1(a)は、逆相入力nin及び正相入
力pinを入力して、第1電源VDD及び第2電源GN
Dにより動作する演算増幅器OP1を、負帰還接続した
反転増幅器の回路図である。
【0027】本実施例の反転増幅回路では、演算増幅器
OP1の正相入力pinを、演算増幅器OP1の正相入
力pin側の入力トランジスタがPチャネルトランジス
タの場合には、該正相入力pinを第2電源VDDに、
Nチャネルトランジスタの場合(図1(b)の場合)に
は、該正相入力pinを第1電源GNDに、それぞれ接
続して、当該反転増幅器の電源電流を減少させる。
【0028】図1(b)は演算増幅器OP1の回路図で
ある。従来の回路構成(図5(b)参照)に対し、パワ
ーダウン回路であるNチャネルトランジスタTN9、P
チャネルトランジスタTP8、及びインバータIV1を
除去した構成である。
【0029】演算増幅器OP1を負帰還で接続し、正相
入力pinを中間電位(電源電圧VDDと接地電位GN
Dの中間をなす電位)にしておく。演算増幅器OP1を
パワーダウン状態にする時は、正相入力VDDを中間電
位から接地電位GNDに固定することにより、Nチャネ
ルトランジスタTN2がカットオフする。この時、ゲー
ト−ソース間電圧(VGS)が下がるため、ソース電位
も下がる。
【0030】NチャネルトランジスタTN2とソース電
極を共有しているNチャネルトランジスタTN1につい
ても、ゲート−ソース間電圧(VGS)が下がるため、
カットオフ状態となる。また、Nチャネルトランジスタ
TN2のドレイン電極側のノードN1に接続されている
PチャネルトランジスタTP7のゲート電位が上がって
くるため、該トランジスタのゲート−ソース間電圧(V
GS)は下がる方向にあり、PチャネルトランジスタT
P7には電流が流れにくくなる。従って、電源電流が減
少することとなる。
【0031】以上のように本実施例の反転増幅器では、
バイアス電圧biasを下げ、当該反転増幅器の電源電
流を減少させるので、パワーダウン動作のためのパワー
ダウン信号配線引き延ばしが不要となり、レイアウトサ
イズが縮小する。第2実施例 図2に本発明の第2実施例に係る反転増幅器の回路図を
示す。
【0032】同図において、本実施例の反転増幅器は、
第1実施例の反転増幅器に対してバイアス電圧発生手段
10を付加した構成である。バイアス電圧発生手段10
は、正相入力pinに一端を接続した抵抗R11と、抵
抗R11の他端にドレイン電極及びゲート電極を、第2
電源GNDにソース電極を、それぞれ接続したバイアス
トランジスタTN11とから構成されている。
【0033】演算増幅器OP1に対してバイアス電圧b
iasを供給するバイアス電圧発生手段10を付加する
ことにより、パワーダウン時にはバイアス電圧bias
を正相入力pinから入力される第2電源GNDの電位
に設定し、非パワーダウン時には、バイアス電圧bia
sを正相入力pinの入力電圧によらず所定の一定電位
に設定するため、演算増幅器OP1の電源電流をパワー
ダウン時よりも大きい値に保持する。この構成により、
パワーダウン時には演算増幅器OP1の正相入力pin
電圧を第2電源GNDの電位に固定して、バイアス電圧
biasを下げ、当該反転増幅器の電源電流を減少させ
るようにしている。これにより、パワーダウン動作のた
めのパワーダウン信号配線引き延ばしが不要となり、レ
イアウトサイズが縮小する。
【0034】第1実施例の反転増幅器では、Nチャネル
トランジスタTN6がカットオフしていないため、完全
にパワーダウン状態にはならない。そこで、本実施例で
は、反転増幅器の正相入力pinに依存するバイアス電
圧発生手段10を構成し、正相入力pinの電圧を接地
電位GNDに固定することとした。これにより、バイア
ス電圧発生手段10の出力もパワーダウン状態になるた
め、確実にパワーダウン状態にすることができる。
【0035】特に、本実施例の反転増幅器では、第1電
源VDDの変動に比べて正相入力pinの電圧変動が小
さいことから、安定したバイアス電圧biasの供給が
可能となる。第3実施例 第1及び第2実施例の反転増幅器では、正相入力pin
に依存するバイアス電圧発生手段10を付加してパワー
ダウン状態にする方法を用いたが、正相入力(pin)
電圧をセンスして、入力電圧範囲(LOW方向)を越え
る電圧が印加された場合にパワーダウン回路を制御する
方法が考えられる。
【0036】図3(a)は、本発明の第3実施例に係る
演算増幅器の構成図である。第1実施例の演算増幅器
(図1(b)参照)に対して、パワーダウン信号PD及
びPD#がアクティブの時に当該演算増幅器をパワーダ
ウン状態にするパワーダウン回路、並びに、当該演算増
幅器の入力電圧を検知して、該入力電圧が所定範囲を越
える場合に、パワーダウン信号PD及びPD#をアクテ
ィブにする検知手段11が付加されている。
【0037】パワーダウン回路は、ドレイン電極をバイ
アス電圧(bias)供給ラインに接続し、ソース電極
を第2電源GNDに接続したNチャネルトランジスタT
N9と、ドレイン電極を出力トランジスタTP7のゲー
ト電極に接続し、ソース電極を第1電源VDDに接続し
たPチャネルトランジスタTP8とから構成されてい
る。
【0038】また検知手段11は、第1電源VDDに一
端を接続した抵抗R12と、抵抗R12の他端にドレイ
ン電極を、第2電源GNDにソース電極を、それぞれ接
続したNチャネルトランジスタTN10と、Nチャネル
トランジスタTN10のドレイン電極に接続されるイン
バータIV1とから構成され、Nチャネルトランジスタ
TN10のドレイン電極(パワーダウン信号PD)をN
チャネルトランジスタTN9のゲート電極に接続し、イ
ンバータIV1の出力(パワーダウン信号PD#)をP
チャネルトランジスタTP8のゲート電極に接続してい
る。
【0039】正相入力(pin)電圧をセンスするNチ
ャネルトランジスタTN10により、パワーダウントラ
ンジスタTP8及びTN9を制御する。Nチャネルトラ
ンジスタTN10は、正相側入力トランジスタTN2と
電圧の入力範囲が同じであるため、入力範囲外(LOW
方向)の電圧が入ると同時にカットオフする。
【0040】NチャネルトランジスタTN10がカット
オフするとノードN2は“HI”レベルに吊り上げら
れ、インバータIV1により“LOW”レベル(パワー
ダウン信号PD#)となってパワーダウントランジスタ
TP8のゲート電極に供給され、出力トランジスタTP
7のゲート電位を“HI”レベルに吊り上げるため、出
力トランジスタTP7はカットオフする。
【0041】また、ノードN1からインバータIV1を
介さずにパワーダウントランジスタTN9のゲートに
“HI”レベル(パワーダウン信号PD)が印加するた
め、出力トランジスタTN6はカットオフし、出力ou
tがハイインピーダンスになり、パワーダウン状態にな
る。
【0042】以上のように、本実施例の演算増幅器で
は、入力電圧範囲を越す(Low方向)電圧が入力され
た場合、演算増幅器OP1の出力トランジスタがハイイ
ンピーダンスになり、パワーダウン状態となるので、パ
ワーダウン信号の外部発生源からの供給が不要となり、
パワーダウン信号の配線引き延ばしが不要となるため、
結果として回路のレイアウトサイズを縮小することがで
きる。第3実施例の変形例 図3(b)に本発明の第3実施例に係る演算増幅器の変
形例の回路図を示す。
【0043】本変形例の演算増幅器は、第3実施例にお
いて、NチャネルトランジスタとPチャネルトランジス
タを入れ換えた構成である。同図において、パワーダウ
ン回路は、ドレイン電極をバイアス電圧(bias)供
給ラインに接続し、ソース電極を第2電源GNDに接続
したNチャネルトランジスタTN8と、ドレイン電極を
出力トランジスタTP7のゲート電極に接続し、ソース
電極を第1電源VDDに接続したPチャネルトランジス
タTP9とから構成されている。
【0044】また検知手段12は、第1電源VDDに一
端を接続した抵抗R12と、抵抗R12の他端にソース
電極を、第2電源GNDにドレイン電極を、それぞれ接
続したPチャネルトランジスタTP10と、Pチャネル
トランジスタTP10のソース電極に接続されるインバ
ータIV1とから構成され、PチャネルトランジスタT
P10のソース電極(パワーダウン信号PD’)をNチ
ャネルトランジスタTN8のゲート電極に接続し、イン
バータIV1の出力(パワーダウン信号PD’#)をP
チャネルトランジスタTP9のゲート電極に接続してい
る。
【0045】動作及びその効果は第3実施例とほぼ同様
である。第4実施例 図4(a)に本発明の第4実施例に係る演算増幅器を用
いた回路の回路図を示す。
【0046】同図の回路はボルテージホロワになってお
り、第1または第3実施例における演算増幅器を同図の
ように構成することにより、演算増幅器(OP1)の正
相入力pinが入力電圧範囲外(LOW方向)になった
場合、本実施例の回路は、前述のように出力outがハ
イインピーダンスになり、演算増幅器(OP2,OP
3)も同様にパワーダウン状態になる。
【0047】図4(b)は、本実施例の回路のレイアウ
トパターンである。従来のもの(図5(a)と比較し
て、パワーダウン信号PDの外部発生源からの供給が不
要であるので、パワーダウン信号の回路内での配線引き
延ばしが不要であり、回路のレイアウトサイズを縮小す
ることができる。第5実施例 図4(c)に本発明の第5実施例に係る反転増幅器を用
いた回路の回路図を示す。第1または第2実施例の反転
増幅器を用いて構成、或いは、第3実施例の演算増幅器
を図4(c)のように構成したものである。
【0048】本実施例の回路では、第2実施例で示した
反転増幅回路の正相入力pinに依存するバイアス電圧
発生手段10を使用することにより、前述のように、演
算増幅器OP1の出力がハイインピーダンスになり、演
算増幅器(OP2,OP3)も同様にパワーダウン状態
になる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
逆相入力及び正相入力を入力して、第1電源及び第2電
源により動作する演算増幅器を、負帰還接続した反転増
幅器において、演算増幅器の正相入力を、演算増幅器の
正相入力側の入力トランジスタがPチャネルトランジス
タの場合には、該正相入力を第2電源に、Nチャネルト
ランジスタの場合には、該正相入力を第1電源に、それ
ぞれ接続して、当該反転増幅器の電源電流を減少させる
こととしたので、パワーダウン動作のためのパワーダウ
ン信号配線引き延ばしが不要となり、レイアウトサイズ
を縮小し得る演算増幅器及び反転増幅器を提供すること
ができる。
【0050】また、本発明によれば、逆相入力及び正相
入力を入力して、第1電源及び第2電源により動作する
演算増幅器を、負帰還接続した反転増幅器において、正
相入力電圧に依存して、演算増幅器にバイアス電圧を供
給するバイアス電圧発生手段により、演算増幅器の正相
入力電圧を第1電源または第2電源の電位に固定して、
バイアス電圧を下げ、当該反転増幅器の電源電流を減少
させることとしたので、パワーダウン動作のためのパワ
ーダウン信号配線引き延ばしが不要となり、レイアウト
サイズを縮小し得る、また安定したバイアス電圧供給の
可能な演算増幅器及び反転増幅器を提供することができ
る。
【0051】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明の第1実施例に係る反転増
幅器の回路図、図1(b)は演算増幅器の回路図であ
る。
【図2】本発明の第2実施例に係る反転増幅器の回路図
である。
【図3】図3(a)は本発明の第3実施例に係る演算増
幅器の構成図、図3(b)は第3実施例の演算増幅器の
変形例の回路図である。
【図4】図4(a)は本発明の第4実施例に係る演算増
幅器を用いた回路の回路図、図4(b)は第4実施例の
回路のレイアウトパターン、図4(c)は本発明の第5
実施例に係る反転増幅器を用いた回路の回路図である。
【図5】図5(a)は従来の演算増幅器を用いた集積回
路のレイアウトパターン、図5(b)は従来の演算増幅
器の回路図である。
【符号の説明】
OP1〜OP3…演算増幅器(オペアンプ) TN1〜TN11…Nチャネルトランジスタ TP1〜TP10…Pチャネルトランジスタ R1〜R12…抵抗 ld…負荷 10…バイアス電圧発生手段 11,12…検知手段 IV1…インバータ VDD…第1電源 GND…第2電源(接地電位) nin…逆相入力 pin…正相入力 out…出力 bias…バイアス(電圧) N1,N2…ノード PD,PD#,PD’,PD’#…パワーダウン信号 Aop1〜Aop4…オペアンプの配置領域 Aelse…他のブロック回路の配置領域 PDl…パワーダウン信号の配線ライン VDDl…電源の配線ライン GNDl…接地電位GNDの配線ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−165008(JP,A) 特開 昭63−1107(JP,A) 特開 平1−135110(JP,A) 特開 平5−48350(JP,A) 特開 平2−39607(JP,A) 特開 平4−165705(JP,A) 特開 平5−243868(JP,A) 特開 平5−29840(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 3/45 H03F 3/195 H03F 3/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆相入力及び正相入力を入力して第1電
    源及び第2電源により動作する演算増幅器を負帰還接続
    して構成され、パワーダウン時には前記正相入力に前記
    第1電源または前記第2電源の電位が入力され、非パワ
    ーダウン時には前記正相入力に前記第1電源と前記第2
    電源の中間電位が入力される反転増幅器であって、前記正相入力の入力電圧を入力し、入力された前記正相
    入力の入力電圧に基づいてバイアス電圧を生成し、 前記
    演算増幅器に前記バイアス電圧を供給するバイアス電圧
    発生回路を有し、 前記バイアス電圧発生回路は、 パワーダウン時には、前記バイアス電圧を、前記正相入
    力から入力される前記第1電源または前記第2電源の電
    位と実質的に同一の電位に設定することにより、前記演
    算増幅器の電源電流を減少させ、非パワーダウン時には、前記バイアス電圧を前記正相入
    力の入力電圧によらず所定の一定電位に設定することに
    より、前記演算増幅器の電源電流を前記パワーダウン時
    よりも大きい値に保持する ことを特徴とする反転増幅
    器。
  2. 【請求項2】 前記バイアス電圧発生回路は、 前記正相入力に一端を接続した抵抗と、前記抵抗の他端
    にドレイン電極およびゲート電極を接続したバイアスト
    ランジスタとを有し、 前記バイアストランジスタのソース電極は、前記演算増
    幅器の前記正相入力側の入力トランジスタがPチャネル
    トランジスタの場合には第1電源に接続され、Nチャネ
    ルトランジスタの場合には第2電源に接続されることを
    特徴とする請求項1の反転増幅器。
  3. 【請求項3】 前記反転増幅器は、パワーダウン時に、
    前記演算増幅器の前記正相入力側の入カトランジスタが
    Pチャネルトランジスタの場合には前記正相入力に前記
    第1電源の電位が入力され、Nチャネルトランジスタの
    場合には前記正相入力に前記第2電源の電位が入力され
    ることを特徴とする請求項1の反転増幅器。
JP33344493A 1993-12-27 1993-12-27 演算増幅器及び反転増幅器 Expired - Lifetime JP3390235B2 (ja)

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