JP4549273B2 - Operational amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、容量性負荷を安定に駆動する演算増幅器に関する。 The present invention relates to an operational amplifier that stably drives a capacitive load.
図6は、従来のRail−to−Rail演算増幅器の構成例(特許文献1)を示す。 FIG. 6 shows a configuration example (Patent Document 1) of a conventional Rail-to-Rail operational amplifier.
特許文献1の従来の技術に記載されている回路において、位相補償容量の接続個所が出力トランジスタのゲート・ドレイン間になったものである。
In the circuit described in the prior art of
トランジスタM1,M2,M3で構成されるP型MOS差動入力部1と、トランジスタM4,M5,M6で構成されるN型MOS差動入力部2と、トランジスタM7,M8,M9,M10で構成されるP型カレントミラー回路3と、トランジスタM11,M12,M13,M14で構成されるN型カレントミラー回路4と、トランジスタM15,M16で構成されるプッシュプル出力段5とを主要部とし、Vddは正側電源電圧、Vssは負側電源電圧である。
P-type MOS
非反転入力はトランジスタM3,M5のゲートに接続され、反転入力はトランジスタM2,M4のゲートに接続されている。トランジスタM2,M3からのP型MOS差動入力部1の出力はカレントミラー回路4に入力され、トランジスタM4,M5からのN型MOS差動入力部2の出力は、カレントミラー回路3に入力されている。カレントミラー回路3とカレントミラー回路4とは抵抗器R1,R2で接続されており、プッシュプル出力段5のトランジスタM15のゲートはトランジスタM10と抵抗器R2の一端との接続点に接続され、プッシュプル出力段5のトランジスタM16のゲートはトランジスタM12と抵抗器R2の他端との接続点に接続されている。また、抵抗器R1,R2はMOSトランジスタなどでも構成できる。
The non-inverting input is connected to the gates of the transistors M3 and M5, and the inverting input is connected to the gates of the transistors M2 and M4. The output of the P-type MOS
C1とC2は位相補償容量、Vb1〜Vb4は回路を構成する各々のトランジスタが適切に動作するように設定されたバイアス電圧である。図6ではプッシュプル出力段5の出力と負側電源電圧Vssの間に外部負荷容量CLが接続されている。
C1 and C2 are phase compensation capacitors, and Vb1 to Vb4 are bias voltages set so that each transistor constituting the circuit operates appropriately. In FIG. 6, an external load capacitor CL is connected between the output of the push-
P型MOS差動入力部1の定電流源となるトランジスタM1に流れる電流を(Im1)とし、N型MOS差動入力部2の定電流源となるトランジスタM6に流れる電流を(Im6)とし、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)が等しい状態を定常状態とする。定常状態ではP型MOS差動入力部1のトランジスタM2,M3に流れる電流は共に(Im1)・(1/2)であり、N型MOS差動入力部2のトランジスタM4,M5に流れる電流は共に(Im6)・(1/2)である。
The current flowing through the transistor M1 serving as the constant current source of the P-type MOS
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より高い電圧の状態に変化するとき、P型差動入力部ではトランジスタM2に定電流(Im1)の大部分が流れてトランジスタM13に流れる電流が増加し、カレントミラー回路4によりトランジスタM12,M14に流れる電流が増加するため位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が増加する。一方、N型差動入力部ではトランジスタM4に流れる電流が減少するためトランジスタM7に流れる電流が減少し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8に流れる電流が減少し、トランジスタM5に定電流(Im6)の大部分が流れるためトランジスタM10に流れる電流が減少し、位相補償容量C1,C2への充電電流が減少する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧が下降し、M15に流れる電流は増加するので外部負荷CLへの充電電流が増加し、M16に流れる電流は減少するので外部負荷CLからの引き込み電流が減少し、結果として外部負荷CLは充電され出力電圧Voutが上昇する。
When the non-inverting input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state higher than the inverting input voltage (Vin−), most of the constant current (Im1) flows through the transistor M2 in the P-type differential input section. Since the current flowing through M13 increases and the current flowing through the transistors M12 and M14 increases due to the
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より低い電圧の状態に変化するとき、N型差動入力部ではトランジスタM4に定電流(Im6)の大部分が流れてトランジスタM7に流れる電流が増加し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8,M10に流れる電流が増加するため位相補償容量C1,C2への充電電流が増加する。一方、P型差動入力部ではトランジスタM2に流れる電流が減少するためトランジスタM13に流れる電流が減少し、カレントミラー回路4によりトランジスタM14に流れる電流が減少し、トランジスタM3に定電流(Im1)の大部分が流れるためトランジスタM12に流れる電流が減少し、位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が減少する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧が上昇し、M15に流れる電流は減少するので外部負荷CLへの充電電流が減少し、M16に流れる電流は増加するので外部負荷CLからの引き込み電流が増加し、結果として外部負荷CLは放電され出力電圧Voutが下降する。
When the non-inverted input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state lower than the inverted input voltage (Vin−), most of the constant current (Im6) flows through the transistor M4 in the N-type differential input unit. The current flowing through M7 increases, and the current flowing through the transistors M8 and M10 is increased by the
従来のRail−to−Rail演算増幅器では、位相補償容量C1,C2の充放電時間が短いほど出力トランジスタM15,16のゲート電圧が速く変化し、負荷容量CLの充放電電流が短時間に増加、又は減少する。つまり、スルーレートを向上させるためには、位相補償容量C1,C2の充放電時間を短縮する必要があるが、上記従来の回路構成では、そのような機能は施されていない。 In the conventional Rail-to-Rail operational amplifier, the shorter the charge / discharge time of the phase compensation capacitors C1, C2, the faster the gate voltage of the output transistors M15, 16 changes, and the charge / discharge current of the load capacitor CL increases in a short time. Or decrease. That is, in order to improve the slew rate, it is necessary to shorten the charge / discharge time of the phase compensation capacitors C1 and C2, but such a function is not provided in the conventional circuit configuration.
また、位相補償容量C1,C2の充放電時間を短縮する手段として、回路全体の定常電流を増やす方法があるが、消費電力が増大するという問題がある。 Further, as a means for shortening the charge / discharge time of the phase compensation capacitors C1 and C2, there is a method of increasing the steady current of the entire circuit, but there is a problem that power consumption increases.
さらに、位相補償容量C1,C2の充放電時間を短縮する手段として、位相補償容量C1,C2の容量値を減らす方法があるが、回路の安定性を失うという問題がある。 Further, as means for shortening the charge / discharge time of the phase compensation capacitors C1 and C2, there is a method of reducing the capacitance values of the phase compensation capacitors C1 and C2, but there is a problem that the stability of the circuit is lost.
そこで、本発明の目的は、回路全体の定常状態での消費電流を増大させることなく、かつ、回路の安定性の劣化をもたらすことなく、スルーレートを改善することが可能な、演算増幅器を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an operational amplifier capable of improving the slew rate without increasing the current consumption in the steady state of the entire circuit and without causing deterioration of the stability of the circuit. There is to do.
本発明は、非反転入力端子と反転入力端子とを有するP型差動入力部と、前記P型差動入力部と同じ非反転入力端子と反転入力端子とを有するN型差動入力部と、前記P型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のN型カレントミラー回路と、前記N型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のP型カレントミラー回路と、前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するP型出力トランジスタと、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するN型出力トランジスタとを含み、該P型出力トランジスタの出力端子と該N型出力トランジスタの出力端子とが直列に接続されたプッシュプル出力段と、前記P型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第1の位相補償容量と、前記N型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第2の位相補償容量と、前記P型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子を有する第2のN型カレントミラー回路と、前記N型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子を有する第2のP型カレントミラー回路と、前記第2のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子と、2つの出力端子とを有する第3のP型カレントミラー回路と、前記第2のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子と、2つの出力端子とを有する第3のN型カレントミラー回路とを具え、前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子と、前記第3のP型カレントミラー回路の一方の出力端子と、前記第3のN型カレントミラー回路の一方の出力端子と、前記第1の位相補償容量が接続された前記P型出力トランジスタの前記入力端子とを接続し、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子と、前記第3のP型カレントミラー回路の他方の出力端子と、前記第3のN型カレントミラー回路の他方の出力端子と、前記第2の位相補償容量が接続された前記N型出力トランジスタの前記入力端子とを接続したことによって、演算増幅器を構成する。 The present invention includes a P-type differential input unit having a non-inverting input terminal and an inverting input terminal, and an N-type differential input unit having the same non-inverting input terminal and inverting input terminal as the P-type differential input unit, A first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the P-type differential input section, and a first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the N-type differential input section. A P-type current mirror circuit; a P-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first P-type current mirror circuit; and an input connected to the output terminal of the first N-type current mirror circuit. A push-pull output stage including an output terminal of the P-type output transistor and an output terminal of the N-type output transistor connected in series; and an input terminal of the P-type output transistor And before A first phase compensation capacitor connected between the output terminal, a second phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the N-type output transistor, and the P-type differential. A second N-type current mirror circuit having an input terminal connected to an output terminal of a non-inverting input transistor constituting the input unit; and an output terminal of a non-inverting input transistor constituting the N-type differential input unit. A third P-type current mirror circuit having a second P-type current mirror circuit having an input terminal, an input terminal connected to an output terminal of the second N-type current mirror circuit, and two output terminals And a third N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the second P-type current mirror circuit, and two output terminals, and the first P-type current mirror circuit of A power terminal, one output terminal of the third P-type current mirror circuit, one output terminal of the third N-type current mirror circuit, and the P-type connected to the first phase compensation capacitor. The input terminal of the output transistor is connected, the output terminal of the first N-type current mirror circuit, the other output terminal of the third P-type current mirror circuit, and the third N-type current mirror circuit Is connected to the input terminal of the N-type output transistor to which the second phase compensation capacitor is connected to form an operational amplifier.
本発明は、非反転入力端子と反転入力端子とを有するP型差動入力部と、前記P型差動入力部と同じ非反転入力端子と反転入力端子とを有するN型差動入力部と、前記P型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のN型カレントミラー回路と、前記N型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のP型カレントミラー回路と、前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するP型出力トランジスタと、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するN型出力トランジスタとを含み、該P型出力トランジスタの出力端子と該N型出力トランジスタの出力端子とが直列に接続されたプッシュプル出力段と、前記P型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第1の位相補償容量と、前記N型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第2の位相補償容量と、前記P型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子と、前記第1のP型カレントミラー回路の入力端子に接続された出力端子とを有する第2のN型カレントミラー回路と、前記N型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子と、前記第1のN型カレントミラー回路の入力端子に接続された出力端子とを有する第2のP型カレントミラー回路とを具え、前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子と、前記第1の位相補償容量が接続された前記P型出力トランジスタの前記入力端子とを接続し、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子と、前記第2の位相補償容量が接続された前記N型出力トランジスタの前記入力端子とを接続したことによって、演算増幅器を構成する。 The present invention includes a P-type differential input unit having a non-inverting input terminal and an inverting input terminal, and an N-type differential input unit having the same non-inverting input terminal and inverting input terminal as the P-type differential input unit, A first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the P-type differential input section, and a first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the N-type differential input section. A P-type current mirror circuit; a P-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first P-type current mirror circuit; and an input connected to the output terminal of the first N-type current mirror circuit. A push-pull output stage including an output terminal of the P-type output transistor and an output terminal of the N-type output transistor connected in series; and an input terminal of the P-type output transistor And before A first phase compensation capacitor connected between the output terminal, a second phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the N-type output transistor, and the P-type differential. A second N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the non-inverting input transistor constituting the input unit and an output terminal connected to the input terminal of the first P-type current mirror circuit; A second input terminal connected to the output terminal of the non-inverting input transistor constituting the N-type differential input section, and an output terminal connected to the input terminal of the first N-type current mirror circuit. A P-type current mirror circuit, connecting an output terminal of the first P-type current mirror circuit and the input terminal of the P-type output transistor to which the first phase compensation capacitor is connected; Type 1 N An output terminal of the rent mirror circuit, by the second phase compensating capacitor is connected between the input terminal of the connected the N-type output transistor, it constitutes an operational amplifier.
前記第2のN型カレントミラー回路は、前記非反転入力端子が前記反転入力端子より低電位になったことを検出して電流を流し、前記第2のP型カレントミラー回路は、前記非反転入力端子が前記反転入力端子より高電位になったことを検出して電流を流すようにしてもよい。 The second N-type current mirror circuit detects that the non-inverting input terminal is at a lower potential than the inverting input terminal, and causes a current to flow. The second P-type current mirror circuit includes the non-inverting input terminal. A current may be supplied by detecting that the input terminal is at a higher potential than the inverting input terminal.
前記第2のN型カレントミラー回路および前記第2のP型カレントミラー回路のミラー比を調整してスルーレートを変更するようにしてもよい。 The slew rate may be changed by adjusting the mirror ratio of the second N-type current mirror circuit and the second P-type current mirror circuit.
前記第3のN型カレントミラー回路および前記第3のP型カレントミラー回路のミラー比を調整してスルーレートを変更するようにしてもよい。 The slew rate may be changed by adjusting the mirror ratio of the third N-type current mirror circuit and the third P-type current mirror circuit.
本発明によれば、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)の電位差を検出し、位相補償容量を補助的に充放電するためのカレントミラー回路が動作して位相補償容量の充放電時間を短縮し、出力トランジスタの電流変化が速くなるので、負荷容量の充放電時間が短縮され、スルーレートを向上させることができる。 According to the present invention, the current mirror circuit for detecting the potential difference between the non-inverted input voltage (Vin +) and the inverted input voltage (Vin−) and supplementarily charging / discharging the phase compensation capacitor operates to operate the phase compensation capacitor. Since the charge / discharge time is shortened and the current change of the output transistor is accelerated, the charge / discharge time of the load capacitance is shortened, and the slew rate can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[第1の例]
本発明の第1の実施の形態を、図1〜図4に基づいて説明する。
<構成>
図1は、本発明に係る回路構成を示す。
トランジスタM17,M18で構成されるP型カレントミラー回路6と、トランジスタM19,M20で構成されるN型カレントミラー回路7と、トランジスタM21,M22,M23で構成されるP型カレントミラー回路8と、トランジスタM24,M25,M26で構成されるN型カレントミラー回路9とが、従来例を示す図6の回路に追加されている点が異なっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First example]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<Configuration>
FIG. 1 shows a circuit configuration according to the present invention.
A P-type
P型カレントミラー回路6は、ドレインとゲートが接続されたトランジスタM17のドレインがN型差動入力部1を構成するトランジスタM5のドレインに接続され、トランジスタM18のドレインがN型カレントミラー回路9を構成するトランジスタM24のドレインに接続されている。N型カレントミラー回路9は、トランジスタM25のドレインが位相補償容量C1に接続され、トランジスタM26のドレインが位相補償容量C2に接続されている。
In the P-type
N型カレントミラー回路7は、ドレインとゲートが接続されたトランジスタM19のドレインがP型差動入力部2を構成するトランジスタM3のドレインに接続され、トランジスタM20のドレインがP型カレントミラー回路8を構成するトランジスタM21のドレインに接続されている。P型カレントミラー回路8は、トランジスタM22のドレインが位相補償容量C1に接続され、トランジスタM23のドレインが位相補償容量C2に接続されている。
In the N-type
抵抗器R1に流れる電流をIr1、抵抗器R2に流れる電流をIr2とする。非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)が等しい定常状態ではIr1,Ir2はIm1,Im6より小さい電流に設定されている。また、トランジスタM17,M19はカットオフ状態であり電流を流さない。 The current flowing through the resistor R1 is Ir1, and the current flowing through the resistor R2 is Ir2. In a steady state where the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) are equal, Ir1 and Ir2 are set to currents smaller than Im1 and Im6. Transistors M17 and M19 are in a cut-off state and do not pass current.
このときトランジスタM18,M20,M21,M22,M23,M24,M25,M26はカットオフ状態であり、P型カレントミラー回路6,8,N型カレントミラー回路7,9に電流は流れない。よって定常状態では、P型MOS差動入力部1のトランジスタM2,M3に流れる電流は共に(Im1)・(1/2)であり、N型MOS差動入力部2のトランジスタM4,M5に流れる電流は共に(Im6)・(1/2)であり、P型カレントミラー回路3を構成するトランジスタM7,M8に流れる電流は抵抗器R1に流れる電流Ir1と(Im6)・(1/2)の和であり、N型カレントミラー回路4を構成するトランジスタM13,M14に流れる電流はIr1と(Im1)・(1/2)の和であり、従来の回路と同じ定常電流である。
At this time, the transistors M18, M20, M21, M22, M23, M24, M25, and M26 are in a cut-off state, and no current flows through the P-type
<動作例1>
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より高い電圧の状態に変化するとき、P型差動入力部ではトランジスタM2に定電流(Im1)の大部分が流れてトランジスタM13に流れる電流が増加し、カレントミラー回路4によりトランジスタM12,M14に流れる電流も増加するため位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が増加する。一方、N型差動入力部ではトランジスタM4に流れる電流が減少するためトランジスタM7に流れる電流は減少し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8に流れる電流も減少する。M8に流れる電流はM5に流れる電流より小さくなるためトランジスタM10には電流が流れなくなり、位相補償容量C1,C2への充電電流が流れなくなる。M10はカットオフ状態となるためソース電位が下降し、P型カレントミラー回路6のトランジスタM17がオンし、M5に流れる電流とM8に流れる電流の差分がM17に流れる。また、P型カレントミラー回路6によりトランジスタM18,M24に電流が流れ、N型カレントミラー回路9によりトランジスタM25,M26に電流が流れ、位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が従来よりも増加する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧がより速く下降し、M15に流れる電流はより速く増加するので外部負荷CLへの充電電流もより速く増加し、M16に流れる電流はより速く減少するので外部負荷CLからの引き込み電流もより速く減少し、結果として外部負荷CLはより速く充電され出力電圧Voutが急上昇し、スルーレートが向上する。尚、P型カレントミラー回路6のトランジスタM17,M18、及び、N型カレントミラー回路9のトランジスタM24,M25,M26のミラー比を各々調整することでスルーレートを変えることができる。
<Operation example 1>
When the non-inverting input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state higher than the inverting input voltage (Vin−), most of the constant current (Im1) flows through the transistor M2 in the P-type differential input section. Since the current flowing through M13 increases and the current flowing through the transistors M12 and M14 by the
<動作例2>
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より低い電圧の状態に変化するとき、N型差動入力部ではトランジスタM4に定電流(Im6)の大部分が流れてトランジスタM7に流れる電流が増加し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8,M10に流れる電流も増加するため位相補償容量C1,C2への充電電流が増加する。一方、P型差動入力部ではトランジスタM2に流れる電流が減少するためトランジスタM13に流れる電流は減少し、カレントミラー回路4によりトランジスタM14に流れる電流も減少する。M14に流れる電流はM3に流れる電流より小さくなるためトランジスタM12には電流が流れなくなり、位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が流れなくなる。M12はカットオフ状態となるためソース電位が上昇し、N型カレントミラー回路7のトランジスタM19がオンし、M3に流れる電流とM14に流れる電流の差分がM19に流れる。また、N型カレントミラー回路7によりトランジスタM20,M21に電流が流れ、P型カレントミラー回路8によりトランジスタM22,M23に電流が流れ、位相補償容量C1,C2からの充電電流が従来よりも増加する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧がより速く上昇し、M15に流れる電流はより速く減少するので外部負荷CLへの充電電流もより速く減少し、M16に流れる電流はより速く増加するので外部負荷CLからの引き込み電流もより速く増加し、結果として外部負荷CLはより速く放電され出力電圧Voutが急下降し、スルーレートが向上する。尚、N型カレントミラー回路7のトランジスタM19,M20、及び、P型カレントミラー回路8のトランジスタM24,M25,M26のミラー比を各々調整することでスルーレートを変えることができる。
<Operation example 2>
When the non-inverted input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state lower than the inverted input voltage (Vin−), most of the constant current (Im6) flows through the transistor M4 in the N-type differential input unit. Since the current flowing through M7 increases and the current flowing through the transistors M8 and M10 also increases due to the
<比較例>
本発明に係る演算増幅器(実施の形態1)及び従来の技術の演算増幅器を用いてそれぞれの電圧フォロアを構成し、それらの過渡解析を行った。
<Comparative example>
Each voltage follower was configured using the operational amplifier according to the present invention (Embodiment 1) and the conventional operational amplifier, and their transient analysis was performed.
図2は、従来の技術の演算増幅器に方形波を入力したときの出力トランジスタM15、M16のゲート電圧波形である。 FIG. 2 shows gate voltage waveforms of the output transistors M15 and M16 when a square wave is input to a conventional operational amplifier.
図3は、本発明に係る演算増幅器(実施の形態1)に方形波を入力したときの出力トランジスタM15、M16のゲート電圧波形である。 FIG. 3 shows gate voltage waveforms of the output transistors M15 and M16 when a square wave is input to the operational amplifier (Embodiment 1) according to the present invention.
図4は、それぞれの演算増幅器に方形波を入力したときの出力VOUTの電圧波形である。この図4から、本発明により立ち上がり及び立下がり特性が大幅に改善されていることがわかる。 FIG. 4 is a voltage waveform of the output VOUT when a square wave is input to each operational amplifier. FIG. 4 shows that the rising and falling characteristics are greatly improved by the present invention.
本例によれば、演算増幅器を用いて電圧フォロアを構成した場合、大きな入力電圧の変化に対して出力電圧の変化が遅いときには、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)の電位差が大きくなり、追加したカレントミラー回路がONして位相補償容量が早く充放電され、出力トランジスタの電流変化が速くなるので、外部負荷の充放電時間が短縮されて、スルーレートが大きくなる。 According to this example, when the voltage follower is configured using the operational amplifier, when the change in the output voltage is slow with respect to the change in the large input voltage, the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) The potential difference increases, the added current mirror circuit is turned on, the phase compensation capacitance is charged / discharged quickly, and the current change of the output transistor is accelerated, so the charge / discharge time of the external load is shortened and the slew rate is increased.
また、出力電圧が目標値に近づくと、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)との電位差が小さくなり、追加したカレントミラー回路はカットオフする。つまり追加したカレントミラー回路は、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)との電位差が生じてオンしたときのみ位相補償容量の充放電電流を流し、定常状態では電流を流さない。よって、安定性を保ったまま演算増幅器の消費電流をほとんど増大させずにスルーレートを向上することができる。 Further, when the output voltage approaches the target value, the potential difference between the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) becomes small, and the added current mirror circuit is cut off. In other words, the added current mirror circuit flows the charge / discharge current of the phase compensation capacitor only when the potential difference between the non-inverted input voltage (Vin +) and the inverted input voltage (Vin−) is generated, and does not flow the current in a steady state. . Therefore, it is possible to improve the slew rate without increasing the current consumption of the operational amplifier while maintaining the stability.
[第2の例]
本発明の第2の実施の形態を、図5に基づいて説明する。なお、前述した第1の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Second example]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as the 1st example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
<構成>
図5は、本発明に係る回路構成を示す。
トランジスタM17,M18で構成されるP型カレントミラー回路6と、トランジスタM19,M20で構成されるN型カレントミラー回路7が、従来例を示す図6の回路に追加されている点が異なっている。
<Configuration>
FIG. 5 shows a circuit configuration according to the present invention.
A difference is that a P-type
P型カレントミラー回路6は、ドレインとゲートが接続されたトランジスタM17のドレインがN型差動入力部1を構成するトランジスタM5のドレインに接続され、トランジスタM18のドレインがN型カレントミラー回路4を構成するトランジスタM11のドレインに接続されている。
In the P-type
N型カレントミラー回路7は、ドレインとゲートが接続されたトランジスタM19のドレインがP型差動入力部2を構成するトランジスタM3のドレインに接続され、トランジスタM20のドレインがP型カレントミラー回路3を構成するトランジスタM9のドレインに接続されている。
In the N-type
抵抗器R1に流れる電流をIr1、抵抗器R2に流れる電流をIr2とする。非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)が等しい定常状態ではIr1,Ir2はIm1,Im6より小さい電流に設定されている。また、トランジスタM17,M19はカットオフ状態であり電流を流さない。 The current flowing through the resistor R1 is Ir1, and the current flowing through the resistor R2 is Ir2. In a steady state where the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) are equal, Ir1 and Ir2 are set to currents smaller than Im1 and Im6. Transistors M17 and M19 are in a cut-off state and do not pass current.
このときトランジスタM18,M20はカットオフ状態であり、P型カレントミラー回路6,N型カレントミラー回路7に電流は流れない。よって定常状態では、P型MOS差動入力部1のトランジスタM2,M3に流れる電流は共に(Im1)・(1/2)であり、N型MOS差動入力部2のトランジスタM4,M5に流れる電流は共に(Im6)・(1/2)であり、P型カレントミラー回路3を構成するトランジスタM7,M8に流れる電流は抵抗器R1に流れる電流Ir1と(Im6)・(1/2)の和であり、N型カレントミラー回路4を構成するトランジスタM13,M14に流れる電流はIr1と(Im1)・(1/2)の和であり、従来の回路と同じ定常電流を流す。
At this time, the transistors M18 and M20 are cut off, and no current flows through the P-type
<動作例1>
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より高い電圧の状態に変化するとき、P型差動入力部ではトランジスタM2に定電流(Im1)の大部分が流れてトランジスタM13に流れる電流が増加し、カレントミラー回路4によりトランジスタM12,M14に流れる電流も増加するため位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が増加する。一方、N型差動入力部ではトランジスタM4に流れる電流が減少するためトランジスタM7に流れる電流は減少し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8に流れる電流も減少する。M8に流れる電流はM5に流れる電流より小さくなるためトランジスタM10には電流が流れなくなり、位相補償容量C1,C2への充電電流が流れなくなる。M10はカットオフ状態となるためソース電位が下降し、P型カレントミラー回路6のトランジスタM17がオンし、M5に流れる電流とM8に流れる電流の差分がM17に流れる。また、P型カレントミラー回路6によりトランジスタM18,M11,M13に電流が流れ、N型カレントミラー回路4によりトランジスタM12,M14に電流が流れ、位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が従来よりも増加する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧がより速く下降し、M15に流れる電流はより速く増加するので外部負荷CLへの充電電流もより速く増加し、M16に流れる電流はより速く減少するので外部負荷CLからの引き込み電流もより速く減少し、結果として外部負荷CLはより速く充電され出力電圧Voutが急上昇し、スルーレートが向上する。尚、P型カレントミラー回路6のトランジスタM17,M18のミラー比を各々調整することでスルーレートを変えることができる。
<Operation example 1>
When the non-inverted input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state higher than the inverted input voltage (Vin−), most of the constant current (Im1) flows through the transistor M2 in the P-type differential input unit. Since the current flowing through M13 increases and the current flowing through the transistors M12 and M14 also increases by the
<動作例2>
定常状態から非反転入力電圧(Vin+)が反転入力電圧(Vin−)より低い電圧の状態に変化するとき、N型差動入力部ではトランジスタM4に定電流(Im6)の大部分が流れてトランジスタM7に流れる電流が増加し、カレントミラー回路3によりトランジスタM8,M10に流れる電流も増加するため位相補償容量C1,C2への充電電流が増加する。一方、P型差動入力部ではトランジスタM2に流れる電流が減少するためトランジスタM13に流れる電流は減少し、カレントミラー回路4によりトランジスタM14に流れる電流も減少する。M14に流れる電流はM3に流れる電流より小さくなるためトランジスタM12には電流が流れなくなり、位相補償容量C1,C2からの引き込み電流が流れなくなる。M12はカットオフ状態となるためソース電位が上昇し、N型カレントミラー回路7のトランジスタM19がオンし、M3に流れる電流とM14に流れる電流の差分がM19に流れる。また、N型カレントミラー回路7によりトランジスタM20,M7,M9に電流が流れ、P型カレントミラー回路3によりトランジスタM8,M10に電流が流れ、位相補償容量C1,C2への充電電流が従来よりも増加する。このとき、出力トランジスタM15、M16のゲート電圧がより速く上昇し、M15に流れる電流はより速く減少するので外部負荷CLへの充電電流もより速く減少し、M16に流れる電流はより速く増加するので外部負荷CLからの引き込み電流もより速く増加し、結果として外部負荷CLはより速く放電され出力電圧Voutが急下降し、スルーレートが向上する。尚、N型カレントミラー回路7のトランジスタM19,M20のミラー比を各々調整することでスルーレートを変えることができる。
<Operation example 2>
When the non-inverted input voltage (Vin +) changes from the steady state to a voltage state lower than the inverted input voltage (Vin−), most of the constant current (Im6) flows through the transistor M4 in the N-type differential input unit. Since the current flowing through M7 increases and the current flowing through the transistors M8 and M10 also increases due to the
本発明によれば、演算増幅器を用いて電圧フォロアを構成した場合、大きな入力電圧の変化に対して出力電圧の変化が遅いときには、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)の電位差が大きくなり、追加したカレントミラー回路がONして位相補償容量が早く充放電され、出力トランジスタの電流変化が速くなるので、外部負荷の充放電時間が短縮されて、スルーレートが大きくなる。 According to the present invention, when the voltage follower is configured using the operational amplifier, when the change in the output voltage is slow with respect to the change in the large input voltage, the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) are changed. The potential difference increases, the added current mirror circuit is turned on, the phase compensation capacitance is charged / discharged quickly, and the current change of the output transistor is accelerated, so the charge / discharge time of the external load is shortened and the slew rate is increased.
また、出力電圧が目標値に近づくと、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)との電位差が小さくなり、追加したカレントミラー回路はカットオフする。つまり追加したカレントミラー回路は、非反転入力電圧(Vin+)と反転入力電圧(Vin−)との電位差が生じてオンしたときのみ位相補償容量の充放電電流を流し、定常状態では電流を流さない。よって、安定性を保ったまま演算増幅器の消費電流をほとんど増大させずにスルーレートを向上することができる。 Further, when the output voltage approaches the target value, the potential difference between the non-inverting input voltage (Vin +) and the inverting input voltage (Vin−) becomes small, and the added current mirror circuit is cut off. In other words, the added current mirror circuit flows the charge / discharge current of the phase compensation capacitor only when the potential difference between the non-inverted input voltage (Vin +) and the inverted input voltage (Vin−) is generated, and does not flow the current in a steady state. . Therefore, it is possible to improve the slew rate without increasing the current consumption of the operational amplifier while maintaining the stability.
1 P型MOS差動入力部(P型差動入力部)
2 N型MOS差動入力部(N型差動入力部)
3 カレントミラー回路(第1のP型カレントミラー回路)
4 カレントミラー回路(第1のN型カレントミラー回路)
5 プッシュプル出力段
6 カレントミラー回路(第2のP型カレントミラー回路)
7 カレントミラー回路(第2のN型カレントミラー回路)
8 カレントミラー回路(第3のP型カレントミラー回路)
9 カレントミラー回路(第3のN型カレントミラー回路)
(Vin+) 非反転入力電圧
(Vin−) 反転入力電圧
(Vout) 出力電圧
1 P-type MOS differential input section (P-type differential input section)
2 N-type MOS differential input section (N-type differential input section)
3 Current mirror circuit (first P-type current mirror circuit)
4 Current mirror circuit (first N-type current mirror circuit)
5 Push-
7 Current mirror circuit (second N-type current mirror circuit)
8 Current mirror circuit (third P-type current mirror circuit)
9 Current mirror circuit (third N-type current mirror circuit)
(Vin +) Non-inverting input voltage (Vin-) Inverting input voltage (Vout) Output voltage
Claims (5)
前記P型差動入力部と同じ非反転入力端子と反転入力端子とを有するN型差動入力部と、
前記P型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のN型カレントミラー回路と、
前記N型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のP型カレントミラー回路と、
前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するP型出力トランジスタと、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するN型出力トランジスタとを含み、該P型出力トランジスタの出力端子と該N型出力トランジスタの出力端子とが直列に接続されたプッシュプル出力段と、
前記P型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第1の位相補償容量と、
前記N型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第2の位相補償容量と、
前記P型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子を有する第2のN型カレントミラー回路と、
前記N型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子を有する第2のP型カレントミラー回路と、
前記第2のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子と、2つの出力端子とを有する第3のP型カレントミラー回路と、
前記第2のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子と、2つの出力端子とを有する第3のN型カレントミラー回路と
を具え、
前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子と、前記第3のP型カレントミラー回路の一方の出力端子と、前記第3のN型カレントミラー回路の一方の出力端子と、前記第1の位相補償容量が接続された前記P型出力トランジスタの前記入力端子とを接続し、
前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子と、前記第3のP型カレントミラー回路の他方の出力端子と、前記第3のN型カレントミラー回路の他方の出力端子と、前記第2の位相補償容量が接続された前記N型出力トランジスタの前記入力端子とを接続したことを特徴とする演算増幅器。 A P-type differential input section having a non-inverting input terminal and an inverting input terminal;
An N-type differential input unit having the same non-inverting input terminal and inverting input terminal as the P-type differential input unit;
A first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the P-type differential input unit;
A first P-type current mirror circuit having an input terminal connected to an output terminal of the N-type differential input unit;
A P-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first P-type current mirror circuit, and an N-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first N-type current mirror circuit A push-pull output stage in which an output terminal of the P-type output transistor and an output terminal of the N-type output transistor are connected in series;
A first phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the P-type output transistor;
A second phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the N-type output transistor;
A second N-type current mirror circuit having an input terminal connected to an output terminal of a non-inverting input transistor constituting the P-type differential input unit;
A second P-type current mirror circuit having an input terminal connected to an output terminal of a non-inverting input transistor constituting the N-type differential input unit;
A third P-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the second N-type current mirror circuit, and two output terminals;
A third N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the second P-type current mirror circuit and two output terminals;
An output terminal of the first P-type current mirror circuit; one output terminal of the third P-type current mirror circuit; one output terminal of the third N-type current mirror circuit; Connecting the input terminal of the P-type output transistor to which a phase compensation capacitor is connected;
An output terminal of the first N-type current mirror circuit; another output terminal of the third P-type current mirror circuit; another output terminal of the third N-type current mirror circuit; An operational amplifier, wherein the input terminal of the N-type output transistor to which a phase compensation capacitor is connected is connected.
前記P型差動入力部と同じ非反転入力端子と反転入力端子とを有するN型差動入力部と、
前記P型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のN型カレントミラー回路と、
前記N型差動入力部の出力端子に接続された入力端子を有する第1のP型カレントミラー回路と、
前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するP型出力トランジスタと、前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子に接続された入力端子を有するN型出力トランジスタとを含み、該P型出力トランジスタの出力端子と該N型出力トランジスタの出力端子とが直列に接続されたプッシュプル出力段と、
前記P型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第1の位相補償容量と、
前記N型出力トランジスタの前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第2の位相補償容量と、
前記P型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子と、前記第1のP型カレントミラー回路の入力端子に接続された出力端子とを有する第2のN型カレントミラー回路と、
前記N型差動入力部を構成する非反転入力トランジスタの出力端子に接続された入力端子と、前記第1のN型カレントミラー回路の入力端子に接続された出力端子とを有する第2のP型カレントミラー回路と
を具え、
前記第1のP型カレントミラー回路の出力端子と、前記第1の位相補償容量が接続された前記P型出力トランジスタの前記入力端子とを接続し、
前記第1のN型カレントミラー回路の出力端子と、前記第2の位相補償容量が接続された前記N型出力トランジスタの前記入力端子とを接続したことを特徴とする演算増幅器。 A P-type differential input section having a non-inverting input terminal and an inverting input terminal;
An N-type differential input unit having the same non-inverting input terminal and inverting input terminal as the P-type differential input unit;
A first N-type current mirror circuit having an input terminal connected to the output terminal of the P-type differential input unit;
A first P-type current mirror circuit having an input terminal connected to an output terminal of the N-type differential input unit;
A P-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first P-type current mirror circuit, and an N-type output transistor having an input terminal connected to the output terminal of the first N-type current mirror circuit A push-pull output stage in which an output terminal of the P-type output transistor and an output terminal of the N-type output transistor are connected in series;
A first phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the P-type output transistor;
A second phase compensation capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the N-type output transistor;
A second N having an input terminal connected to the output terminal of the non-inverting input transistor constituting the P-type differential input section, and an output terminal connected to the input terminal of the first P-type current mirror circuit. Type current mirror circuit,
A second P having an input terminal connected to the output terminal of the non-inverting input transistor constituting the N-type differential input section, and an output terminal connected to the input terminal of the first N-type current mirror circuit. Type current mirror circuit,
Connecting the output terminal of the first P-type current mirror circuit and the input terminal of the P-type output transistor to which the first phase compensation capacitor is connected;
An operational amplifier comprising: an output terminal of the first N-type current mirror circuit and an input terminal of the N-type output transistor to which the second phase compensation capacitor is connected.
前記第2のP型カレントミラー回路は、前記非反転入力端子が前記反転入力端子より高電位になったことを検出して電流を流すことを特徴とする請求項1又は2記載の演算増幅器。 The second N-type current mirror circuit detects that the non-inverting input terminal is at a lower potential than the inverting input terminal, and causes a current to flow;
3. The operational amplifier according to claim 1, wherein the second P-type current mirror circuit detects that the non-inverting input terminal is at a higher potential than the inverting input terminal and allows a current to flow. 4.
2. The operational amplifier according to claim 1, wherein a slew rate is changed by adjusting a mirror ratio of the third N-type current mirror circuit and the third P-type current mirror circuit.
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