JP4724670B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
本発明は半導体集積回路装置に関し、特に、安定した定電流源を必要とするアナログ回路装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to an analog circuit device that requires a stable constant current source.
近年、半導体集積回路装置は、より一層の高速化および定消費電力化が要求され、電源電圧の低電圧化および信号振幅の小振幅化等が進められている。これは、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor:或いは、より広くMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)トランジスタで構成した半導体集積回路装置、すなわち、安定した定電流源を必要とするCMOS(Complementary MOS)回路で構成されたアナログ回路装置においても同様である。そこで、低い電源電圧でも安定した定電流を生成することのできる半導体集積回路装置の提供が要望されている。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuit devices are required to have higher speed and constant power consumption, and lower power supply voltage and smaller signal amplitude have been promoted. This is a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) or more widely a semiconductor integrated circuit device composed of MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) transistors, that is, a CMOS (Complementary MOS) circuit that requires a stable constant current source. The same applies to the constructed analog circuit device, and therefore there is a demand for a semiconductor integrated circuit device capable of generating a stable constant current even with a low power supply voltage.
さらに、近年の低い電源電圧(例えば、1.8Vや1.2V、或いは、それ以下)で信号振幅の小さい半導体集積回路装置と、従来の高い電源電圧(例えば、3.3Vや2.5V)で信号振幅の大きい半導体集積回路装置とのインターフェースをとることのできる高速動作が可能なレベルシフト回路の提供も要望されている。 Further, a semiconductor integrated circuit device having a small signal amplitude at a recent low power supply voltage (for example, 1.8 V, 1.2 V or less) and a conventional high power supply voltage (for example, 3.3 V or 2.5 V). There is also a need to provide a level shift circuit capable of high-speed operation capable of interfacing with a semiconductor integrated circuit device having a large signal amplitude.
従来、電流源回路の基本的な考え方としては、電源電圧・プロセス・温度に依存することなく、安定した電流を生成することにある。 Conventionally, the basic idea of a current source circuit is to generate a stable current without depending on power supply voltage, process, and temperature.
図1は従来の半導体集積回路装置の一例を示す回路図であり、電源に依存しない電流源回路の一例を示すものである。図1において、参照符号Vddは高電位電源線(高電位電源電圧)、Vssは低電位電源線(低電位電源電圧)、101〜103はpチャネル型MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)、104および105はnチャネル型MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)、そして、106は抵抗を示している。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional semiconductor integrated circuit device, and shows an example of a current source circuit independent of a power source. In FIG. 1, reference numeral Vdd is a high potential power supply line (high potential power supply voltage), Vss is a low potential power supply line (low potential power supply voltage), 101 to 103 are p-channel MOS transistors (pMOS transistors), and 104 and 105 are An n-channel MOS transistor (nMOS transistor) and 106 indicate resistors.
図1に示す回路を理想の電流源と考え、抵抗106の抵抗値をRとし、低電位電源電圧Vss=0Vとする。まず、トランジスタ101とトランジスタ102がカレントミラー接続されていることから、I01=I02が成り立つ。また、トランジスタ104のゲート−ソース間電圧をVgs01、電流増幅率をβ01とし、トランジスタ105のゲート−ソース間電圧をVgs02、電流増幅率をKβ01とし、そして、トランジスタ104および105のしきい値電圧Vthが等しいとすると、トランジスタ104を流れる電流I01は、01=β01(Vgs01−Vth)2/2となり、また、トランジスタ105を流れる電流I02は、I02=Kβ01(Vgs02−Vth)2/2となる。さらに、Vgs01=Vgs02+I02・Rが成り立つ。
The circuit shown in FIG. 1 is considered as an ideal current source, the resistance value of the
これらの式から、しきい値電圧Vthを消去すると、トランジスタ102とカレントミラー接続されたトランジスタ103を流れる電流Ioutは、Iout=I01=I02=2/β1・1/R2・(1−1/√K)2となり、電源電圧が式に含まれないため、電源電圧に依存しない回路と言うことができる。なお、トランジスタ105と同様に、トランジスタ102に対して各トランジスタをカレントミラー接続することにより、電流Ioutと同様の電流のコピーを必要に応じて生成することが可能になる。
From these equations, clearing the threshold voltage Vth, current flowing through the
図2はトランジスタのVds−Ids特性を概略的に示す図である。
しかしながら、例えば、トランジスタのソース−ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流(ソース−ドレイン間電流)Idsとの間には図2に示すような特性があり、実際には、飽和領域であっても傾きがあるため、電源電圧(Vdd)が増えるとトランジスタ101および102のソース−ドレイン間電圧Vdsも増加して電流が増えてしまい、また、電源電圧が減るとトランジスタ101および102のソース−ドレイン間電圧Vdsが減少して電流が減り、或いは、線形領域に入ってしまう可能性もある。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the Vds-Ids characteristic of the transistor.
However, for example, there is a characteristic as shown in FIG. 2 between the source-drain voltage Vds and the drain current (source-drain current) Ids of the transistor, and the slope is actually even in the saturation region. Therefore, when the power supply voltage (Vdd) increases, the source-drain voltage Vds of the
そのため、トランジスタ104および105における電圧降下が変化して、ノードN01の電圧V01とノードN02の電圧V02とで値が異なってしまう。このことを踏まえ、トランジスタ105のソース−ドレイン間の抵抗成分Rdsから電流値を考えると、I02=I01+(V02−V01)/RdsとなることからI02≠I01になり、電流値が等しくミラーされない。さらに、トランジスタのしきい値電圧Vthや電流増幅率βのミスマッチ等により、誤差が生じることも考えられる。
Therefore, the voltage drop in the
すなわち、図1に示す従来の電流源回路は、実際には、電源電圧に依存する可能性がないわけではなく、また、温度依存やプロセス依存が大きいことも考えられる。さらに、従来、ある程度の電源電圧を確保することが可能な場合には、トランジスタを縦積みにすることで電流源の精度を向上させることができたが、近年のトランジスタの微細化および動作速度の高速化の要求に伴って電源電圧も低くなってきており、従来の手法では対処しきれなくなってきている。また、電流特性における飽和領域の傾きも大きくなっており、安定した電流源の設計がさらに難しくなっている。その上、高周波を受けることができるアンプにおいても電流源が必須となってきており、電流値が安定していないと、アンプの出力が意図した周波数を出すことが困難になる等の問題も生じている。 In other words, the conventional current source circuit shown in FIG. 1 does not actually have a possibility of depending on the power supply voltage, and it is considered that the temperature dependence and process dependence are large. Furthermore, conventionally, when a certain level of power supply voltage can be secured, the accuracy of the current source can be improved by vertically stacking the transistors. However, in recent years, transistor miniaturization and operation speed have been reduced. With the demand for higher speed, the power supply voltage has also been lowered, and it has become impossible to cope with the conventional method. In addition, the slope of the saturation region in the current characteristics is increased, making it more difficult to design a stable current source. In addition, current sources have become essential even in amplifiers that can receive high frequencies, and if the current value is not stable, problems such as making it difficult for the amplifier output to produce the intended frequency also occur. ing.
ところで、現在、規格で決められている入力信号としては、最近の低電圧化されている電源電圧よりも高く設定されていることが多い。それに対応するため、2種類の電源電圧(Vdd1:高い高電位電源電圧;例えば、3.3Vや2.5V、および、Vdd2:低い高電位電源電圧;例えば、1.8Vや1.2V)を使用し、差動の入力信号(IN,/IN)をpMOSおよびnMOSの差動対トランジスタで受けるようにしている。 By the way, the input signal currently determined by the standard is often set higher than the power supply voltage which has been lowered recently. To cope with this, two types of power supply voltages (Vdd1: high high-potential power supply voltage; for example, 3.3V and 2.5V, and Vdd2: low high-potential power supply voltage; for example, 1.8V and 1.2V) The differential input signal (IN, / IN) is received by the pMOS and nMOS differential pair transistors.
図3は従来の半導体集積回路装置の他の例を示す回路図であり、従来のレベルシフト機能を備えた差動アンプを示すものである。図3において、参照符号200は差動増幅部、250はレベルシフト部、201〜210はpMOSトランジスタ、211〜218はnMOSトランジスタ、そして、219はインバータを示している。また、参照符号Vdd1は高い高電位電源電圧(例えば、3.3Vや2.5V)、Vdd2は低い高電位電源電圧(例えば、1.8Vや1.2V)、そして、Vssは低電位電源電圧(例えば、0V)を示している。なお、pMOSトランジスタ201〜209およびnMOSトランジスタ211〜217は高電圧用のMOSトランジスタであり、また、pMOSトランジスタ210およびnMOSトランジスタ218は低電圧用のMOSトランジスタである。
FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of a conventional semiconductor integrated circuit device, and shows a conventional differential amplifier having a level shift function. In FIG. 3,
すなわち、図3に示されるように、従来の半導体集積回路装置(レベルシフト機能を備えた差動アンプ)は、高い高電位電源電圧Vdd1が印加されpMOSトランジスタ201〜207およびnMOSトランジスタ211〜215を有する差動増幅部200、並びに、低い高電位電源電圧Vdd2が印加されpMOSトランジスタ208〜210およびnMOSトランジスタ216〜218およびインバータ219を有するレベルシフト部250を備えている。
That is, as shown in FIG. 3, in the conventional semiconductor integrated circuit device (differential amplifier having a level shift function), a high potential power supply voltage Vdd1 is applied and
差動の入力信号IN,/INは、pMOSの差動対トランジスタ206,207に供給されると共に、nMOSの差動対トランジスタ214,213に供給され、入力信号のダイナミックレンジを確保するようになっている。差動増幅された信号は、レベルシフト部250におけるnMOSトランジスタ216および217のゲートに供給される。ここで、レベルシフト部250には、低い高電位電源電圧Vdd2が印加されているが、差動増幅部200の出力信号を受け取るnMOSトランジスタ216,217およびpMOSトランジスタ208,209は高電圧用のトランジスタとされ、次段のインバータを構成するpMOSトランジスタ210およびnMOSトランジスタ218は低電圧用のトランジスタとされている。このように、レベルシフト部250で差動増幅部200の出力信号レベルシフトすることで、低電圧化した電源電圧に対応した出力を得るようになっている。
The differential input signals IN and / IN are supplied to the pMOS
しかしながら、図3に示す半導体集積回路装置では、差動増幅部200におけるゲインが上がり過ぎてしまい、差動増幅部200の出力がレベルシフト部250の電源電圧(Vdd2)よりも高くなり、レベルシフト部250の出力は、(Vdd1−Vdd2)の電圧分、反転する時間がかかるため、時間をロスして動作が遅くなってしまう。また、レベルシフト部250は電流源を持たないため、貫通電流が流れてしまい、消費電力の面でも問題がある。
However, in the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 3, the gain in the differential amplifying
図4はトランジスタのVgs−Ids特性を概略的に示す図である。
さらに、図4に示されるように、レベルシフト部250の入力差動対(トランジスタ216,217)以外の部分も高電圧用のトランジスタ(トランジスタ208,209)は、電源電圧を低くするとしきい値電圧Vthが高いため、ゲート−ソース間電圧Vgsが低くなって意図した電流が流れにくく高速動作も難しくなる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the Vgs-Ids characteristic of the transistor.
Further, as shown in FIG. 4, the high-voltage transistors (
本発明は、上述した従来の半導体集積回路装置が有する課題に鑑み、広範囲で小振幅の高周波入力に対応すると共に、入力信号を所定のロジック電圧の信号に変換することのできるレベルシフト機能を有する半導体集積回路装置の提供を目的とする。 In view of the problems of the above-described conventional semiconductor integrated circuit device, the present invention has a level shift function that can handle a wide range of small-amplitude high-frequency inputs and can convert an input signal into a signal of a predetermined logic voltage. An object is to provide a semiconductor integrated circuit device.
本発明によれば、第1電源線と第2電源線との間に接続されると共に、入力差動信号を増幅する増幅部と、第3電源線と前記第2電源線との間に接続されると共に、前記増幅された入力差動信号のレベルをシフトするレベルシフト部と、を備え、前記増幅部は、ダイオード接続された第1トランジスタと、ダイオード接続された第2トランジスタと、前記第1トランジスタに平行に配置される第3トランジスタと、前記第2トランジスタに平行に配置される第4トランジスタと、を含み、前記レベルシフト部は、第5トランジスタと第6トランジスタとを含み、前記第1トランジスタのドレインが前記第4トランジスタのゲートと前記第5トランジスタのゲートに接続され、前記第2トランジスタのドレインが前記第3トランジスタのゲートと前記第6トランジスタのゲートに接続されることを特徴とする半導体集積回路装置が提供される。 According to the present invention, Rutotomoni is connected between the first power supply line and the second power supply line, connected between the amplifier for amplifying an input differential signal, and said second power supply line and the third power supply line is Rutotomoni, and a level shift unit for shifting the level of said amplified input differential signal, the amplifier unit includes a first transistor which is diode-connected, and a second transistor which is diode-connected, said first A third transistor disposed in parallel with one transistor; and a fourth transistor disposed in parallel with the second transistor; and the level shift unit includes a fifth transistor and a sixth transistor; 1 the drain of the transistor is connected to the gates of said fifth transistor of the fourth transistor, a gate of the drain the third transistor of the second transistor The semiconductor integrated circuit device according to claim Rukoto connected to the gate of the sixth transistor is provided.
本発明によれば、広範囲で小振幅の高周波入力に対応すると共に、入力信号を所定のロジック電圧の信号に変換することのできるレベルシフト機能を有する半導体集積回路装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit device having a level shift function capable of converting an input signal into a signal of a predetermined logic voltage while supporting high frequency input with a small amplitude in a wide range.
以下、本発明に係る半導体集積回路装置の各実施例を、添付図面を参照して詳述する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図5は本発明の半導体集積回路装置の第1実施例を示す回路図である。図5において、参照符号Vddは高電位電源線(高電位電源電圧)、Vssは低電位電源線(低電位電源電圧)、1〜5はpMOS(MIS)トランジスタ、6〜8はnMOS(MIS)トランジスタ、そして、9は抵抗を示している。この図5に示す電流源回路(半導体集積回路装置)は、図1を参照して説明した従来の電流源回路に対して、電源電圧および温度等の変動にほとんど依存しない回路である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention. In FIG. 5, reference numeral Vdd is a high potential power supply line (high potential power supply voltage), Vss is a low potential power supply line (low potential power supply voltage), 1 to 5 are pMOS (MIS) transistors, and 6 to 8 are nMOS (MIS).
図5に示されるように、本第1実施例の電流源回路は、低電位電源線Vssに接続され、電流I0を流す抵抗9と、この抵抗9を介して低電位電源線Vssに接続されたnMOSトランジスタ8と、nMOSトランジスタ8とカレントミラーされたnMOSトランジスタ6および7と、nMOSトランジスタ6および高電位電源線Vddに接続されたpMOSトランジスタ1と、このpMOSトランジスタ1とカレントミラーの関係になっておりnMOSトランジスタ8および高電位電源線Vddに接続されたpMOSトランジスタ3と、nMOSトランジスタ7および高電位電源線Vddに接続されたpMOSトランジスタ2と、このpMOSトランジスタ2とカレントミラーの関係になっているpMOSトランジスタ4と、ソースが高電位電源線Vddに接続されたpMOSトランジスタと、を備えている。そして、nMOSトランジスタ6,7,8のゲートを、pMOSトランジスタ2とnMOSトランジスタ7との接続ノードN2に接続し、nMOSトランジスタ7のドレインを、nMOSトランジスタ8および抵抗9の接続ノードN1に接続し、pMOSトランジスタ2および4のゲートを、nMOSトランジスタ8とpMOSトランジスタ3の接続ノードN4に接続し、且つ、このnMOSトランジスタ8とpMOSトランジスタ3の接続ノードN4をpMOSトランジスタ5のゲートに接続して電流をミラーするようになっている。
As shown in FIG. 5, the current source circuit of the first embodiment is connected to the low-potential power line Vss, and is connected to the low-potential power line Vss via the
ところで、トランジスタのVds−Ids特性は、前述した図2に示されるように、飽和領域でも電流は一定とはならず、所定の傾きを持っている。そのため、電源電圧(Vdd)の電位が上昇すると、電流I1,I2,I3,I4,I5およびIoutも増加しようとする。次に、電流I4が増加するので、ノードN1の電位V1が上昇する。それにより、トランジスタ8のVgsが浅くなって電流を削減しようとし、その結果、電源変動に伴う電流の上昇を抑えることができる。同様に、温度変動による電流変動も抑えることができる。
By the way, the Vds-Ids characteristic of the transistor has a predetermined slope, as shown in FIG. 2 described above, in which the current is not constant even in the saturation region. Therefore, when the potential of the power supply voltage (Vdd) rises, the currents I1, I2, I3, I4, I5, and Iout also try to increase. Next, since the current I4 increases, the potential V1 of the node N1 rises. As a result, the Vgs of the
また、トランジスタ2で発生した電流は、トランジスタ7→トランジスタ6→トランジスタ3を通して電流を安定化させる働きがある。このようなフィードバックによって、より一層安定な電流源を構成することが可能になる。そして、この回路を採用することによりトランジスタを縦積みすることなく、安定した電流源となるため、電源電圧が低い場合にも使用することができる。
Further, the current generated in the
さらに、温度に依存してトランジスタのしきい値電圧Vthが変化し、電流値も変化してしまうが、トランジスタのゲート−ソース間電圧Vgsの低い部分を利用することで、トランジスタのしきい値電圧Vthの変化がほとんどなくなり、温度依存がほとんどない電流源となる。 Furthermore, the threshold voltage Vth of the transistor changes depending on the temperature, and the current value also changes. However, by utilizing a portion where the gate-source voltage Vgs of the transistor is low, the threshold voltage of the transistor A change in Vth is almost eliminated, and the current source has almost no temperature dependence.
このように、本第1実施例の電流源回路(半導体集積回路装置)は、電源電圧と温度の依存がほとんどない安定した電流源と言える。 Thus, it can be said that the current source circuit (semiconductor integrated circuit device) of the first embodiment is a stable current source having almost no dependency on the power supply voltage and temperature.
図6は図5の半導体集積回路装置の変形例を示す回路図である。
図5および図6の比較から明らかなように、図6に示す変形例は、図5に示す第1実施例において、pMOSトランジスタ1〜5をnMOSトランジスタ1’〜5’で構成し、nMOSトランジスタ6〜8をpMOSトランジスタ6’〜8’で構成し、高電位電源線Vddを低電位電源線Vssとし、そして、低電位電源線Vssを高電位電源線Vddとしたものに相当する。また、図6の本変形例において、図5の第1実施例における電流I0〜I4およびIoutは、それぞれ電流I0’〜I4’およびIout’に対応している。なお、図6の本変形例において、抵抗9’は、高電位電源線VddとpMOSトランジスタ8のソースとの間に接続されることになる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a modification of the semiconductor integrated circuit device of FIG.
As apparent from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, the modification shown in FIG. 6 is different from the first embodiment shown in FIG. 5 in that the
図7は本発明の半導体集積回路装置の第2実施例を示す回路図である。
図7に示されるように、本第2実施例の電流源回路(半導体集積回路装置)は、図5に示す第1実施例の電流源回路に対してnMOSトランジスタ6a,7a,8aを付加するようになっており、nMOSトランジスタ6のソースと低電位電源線Vssとの間にnMOSトランジスタ6aを設け、nMOSトランジスタ7のソースと低電位電源線Vssとの間にnMOSトランジスタ7aを設け、そして、nMOSトランジスタ8のソースと抵抗9(ノードN1)との間にnMOSトランジスタ8aを設けるようになっている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
As shown in FIG. 7, the current source circuit (semiconductor integrated circuit device) of the second embodiment adds
すなわち、本第2実施例の電流源回路は、図5の第1実施例の電流源回路におけるnMOSトランジスタ6,7,8に対してnMOSトランジスタ6a,7a,8aをカスケード接続させることで、出力抵抗を大きくして図5の電流源回路よりも安定した電流を供給するようになっている。ただし、本第2実施例の電流源回路は、電源電圧(Vdd)がある程度以上の電圧(例えば、3.3V程度)であることが必要とされる。なお、図5の第1実施例の電流源回路は、例えば、電源電圧(Vdd)が1.2V程度の電圧でも十分使用することができる。
In other words, the current source circuit according to the second embodiment outputs
図8は本発明の半導体集積回路装置の第3実施例を示す回路図である。
図8に示されるように、本第3実施例の電流源回路は、図5に示す第1実施例と同様の構成とされている。ただし、第1実施例におけるpMOSトランジスタ3は、他のpMOSトランジスタ1,2,4および5と同様のものであるのに対して、図8に示す本第3実施例の電流源回路においては、種類の異なるpMOSトランジスタ3bにより構成するようになっている。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a third embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
As shown in FIG. 8, the current source circuit of the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. However, the
すなわち、本第3実施例においては、高電位電源線VddとノードN4との間に設けられるpMOSトランジスタ3bは、電流I3の値を小さくするために、他のpMOSトランジスタ1,2,4および5のしきい値電圧Vthよりも大きいしきい値電圧Vthbを有するトランジスタにより構成したり、または、他のpMOSトランジスタ1,2,4および5を高速のトランジスタで構成した場合には低速(通常の動作速度)のトランジスタにより構成したり、或いは、他のpMOSトランジスタ1,2,4および5の基板バイアス(ウェルに与えるバイアス電圧)よりも深い基板バイアスを与える等として構成するようになっている。
That is, in the third embodiment, the
このように、例えば、pMOSトランジスタ3bのしきい値電圧Vthbを他のpMOSトランジスタ1,2,4および5のしきい値電圧Vthよりも大きな値にすることで、電流I3(I0)の値を小さく(調整)し、出力電流Ioutとして安定した電流が供給できるようになっている。
Thus, for example, by making the threshold voltage Vthb of the
このように、本発明に係る電流源回路(半導体集積回路装置)の各実施例は、電源電圧依存がほとんどなく、温度依存を減少させることもできる上、最近のトランジスタの微細化に伴う電源の低電圧化にも対応した安定な電流源を供給することができる。 As described above, each of the embodiments of the current source circuit (semiconductor integrated circuit device) according to the present invention has almost no power supply voltage dependency and can reduce the temperature dependency. It is possible to supply a stable current source that can cope with low voltage.
図9は本発明の半導体集積回路装置の第4実施例を示す回路図であり、高周波・広範囲の入力レベルで小振幅な入力信号に対応し、また、入力信号をロジックレベルの電圧にレベルシフトして出力するレベルシフト機能を備えた差動アンプを示すものである。図9において、参照符号20は差動増幅部、50はレベルシフト部、21〜31はpMOSトランジスタ、32〜39および221,222はnMOSトランジスタ、そして、40はインバータを示している。また、参照符号Vdd1は高い高電位電源電圧(例えば、3.3Vや2.5V)、Vdd2は低い高電位電源電圧(例えば、1.8Vや1.2V)、そして、Vssは低電位電源電圧(例えば、0V)を示している。なお、pMOSトランジスタ21〜27およびnMOSトランジスタ32〜36および221,222は高電圧用のMOSトランジスタであり、また、pMOSトランジスタ28〜31およびnMOSトランジスタ37〜39は低電圧用のMOSトランジスタである。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention, which corresponds to a small amplitude input signal at a high frequency and a wide range of input levels, and the input signal is level-shifted to a logic level voltage. Thus, a differential amplifier having a level shift function for output is shown. In FIG. 9,
すなわち、図9に示されるように、本第4実施例の半導体集積回路装置(レベルシフト機能を備えた差動アンプ)は、高い高電位電源電圧Vdd1が印加されpMOSトランジスタ21〜27およびnMOSトランジスタ32〜34;221,222を有する差動増幅部20、並びに、低い高電位電源電圧Vdd2が印加されpMOSトランジスタ28〜31、nMOSトランジスタ35〜39およびインバータ40を有するレベルシフト部50を備えている。
That is, as shown in FIG. 9, the semiconductor integrated circuit device (differential amplifier having a level shift function) of the fourth embodiment is applied with a high high-potential power supply voltage Vdd1 and
前述した図3および図9の比較から明らかなように、本第4実施例では、差動増幅部20におけるnMOSトランジスタ221および222(図3におけるnMOSトランジスタ211および212に相当)をダイオード接続とし、レベルシフト部50のnMOSトランジスタ36および35とカレントミラー接続するようになっている。ここで、レベルシフト部50において、nMOSトランジスタ35,36だけが高電圧用のMOSトランジスタにより構成され、他のpMOSトランジスタ28〜31およびnMOSトランジスタ37〜39は低電圧用のMOSトランジスタにより構成されている。なお、nMOSトランジスタ37〜39は、それぞれ電流源を構成している。
As is clear from the comparison between FIG. 3 and FIG. 9 described above, in the fourth embodiment, the
本第4実施例の半導体集積回路装置によれば、レベルシフトの電流を制御することで従来の回路に比べて消費電流を抑えることができ、また、ゲインを抑えることで高速動作も可能になる。さらに、レベルシフト部50において、入力用のトランジスタ35,36以外はノーマル(低電圧用)のトランジスタを使用することにより、電源電圧が低くなっても低電圧用のトランジスタはそのしきい値電圧Vthが低いために十分なゲート−ソース間電圧Vgsを確保することができ、高速動作が可能になる。
According to the semiconductor integrated circuit device of the fourth embodiment, current consumption can be suppressed by controlling the level shift current, and high-speed operation can be achieved by suppressing the gain. . Further, in the
図10は本発明の半導体集積回路装置の第5実施例を示す回路図である。
図9および図10の比較から明らかなように、図10に示す第5実施例の半導体集積回路装置は、図9に示す第4実施例におけるダイオード接続されたnMOSトランジスタ221および222を抵抗231および232で構成するようになっている。すなわち、ノードN11およびN12の電圧は、低い高電位電源電圧Vdd2より高い電圧にする必要がないため、第4実施例のトランジスタ221および222を抵抗231および232に置き換えることで、ゲインが上がり過ぎるのを防止してより高速化した回路とすることが可能になる。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
As apparent from the comparison between FIG. 9 and FIG. 10, the semiconductor integrated circuit device of the fifth embodiment shown in FIG. 10 includes the diode-connected
図11は本発明の半導体集積回路装置の第6実施例を示す回路図である。
図9および図11の比較から明らかなように、図11に示す第6実施例の半導体集積回路装置は、図9に示す第4実施例におけるダイオード接続されたnMOSトランジスタ221および222に対してクロスカップル接続されたnMOSトランジスタ241および242を設け、ゲインを上げるようになっている。すなわち、本第6実施例の半導体集積回路装置は、例えば、図9の第4実施例の回路ではゲインが足りない場合などに有効なものである。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
As is apparent from the comparison between FIGS. 9 and 11, the semiconductor integrated circuit device of the sixth embodiment shown in FIG. 11 is crossed with respect to the diode-connected
図12は本発明の半導体集積回路装置の第7実施例を示す回路図である。
図9および図12の比較から明らかなように、図12に示す第7実施例の半導体集積回路装置は、図9に示す第4実施例の回路におけるpMOSトランジスタ26および27に対して、入力信号IN,/INを受け取りドレインがクロス接続されたpMOSトランジスタ251および252を設けることで、トランジスタの反転速度を上げてより一層の高速動作を可能にしている。すなわち、前述した図9の第7実施例においては、入力信号INが低レベル『L』で入力信号/INが高レベル『H』のとき、トランジスタ26および221を介して電流が流れ、トランジスタ27および222は電流が流れないが、本第7実施例では、オンするトランジスタ251のドレインがトランジスタ27のドレインに接続されているため、電流パスができてトランジスタ27および222にも電流が流れることになる。これにより、図4を参照して前述したのと逆に、レベルシフト部50のトランジスタ36,35のゲート電圧はしきい値電圧Vthより先の電圧から入力されることになるため、より一層の高速動作が可能になる。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
As apparent from the comparison between FIG. 9 and FIG. 12, the semiconductor integrated circuit device of the seventh embodiment shown in FIG. 12 has an input signal to the
図13は本発明の半導体集積回路装置の第8実施例を示す回路図である。
図13において、電流源回路301は、図5〜図8を参照して説明した本発明に係る半導体集積回路装置の第1〜第3実施例(電流源回路)を適用したものであり、また、差動増幅回路303は、図9〜図12を参照して説明した本発明に係る半導体集積回路装置の第4〜第7実施例(レベルシフト機能を有する差動増幅回路)を適用したものである。
FIG. 13 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
In FIG. 13, a
図14は図13の半導体集積回路装置における回路の一部を示す図であり、電流源回路301として図5に示す第1実施例(pMOSトランジスタ1〜5、nMOSトランジスタ6〜8、および、抵抗9)を適用すると共に、カレントミラー回路302としてpMOSトランジスタ321,325およびnMOSトランジスタ322,323,324を適用したものに相当する。
FIG. 14 is a diagram showing a part of the circuit in the semiconductor integrated circuit device of FIG. 13. As the
図14に示されるように、差動増幅回路303における高電圧用のnMOSトランジスタ34のゲートに対してバイアス電圧Vbn1を印加するために、pMOSトランジスタ321のドレインと低電位電源線(Vss)との間には、トランジスタ34とカレントミラー接続された高電圧用のnMOSトランジスタ323が設けられ、また、低電圧用のnMOSトランジスタ38のゲートに対してバイアス電圧Vbn2を印加するために、pMOSトランジスタ5のドレインと低電位電源線(Vss)との間には、トランジスタ38とカレントミラー接続された低電圧用のnMOSトランジスタ322が設けられ、そして、高電圧用のpMOSトランジスタ21のゲートに対してバイアス電圧Vbpを印加するために、nMOSトランジスタ324のドレインと高電位電源線(Vdd)との間には、トランジスタ21とカレントミラー接続された高電圧用のpMOSトランジスタ325が設けられている。なお、図14に示す半導体集積回路装置において、電流源回路301として図5に示す第1実施例を適用しているが、他の実施例等を適用することができ、さらに、カレントミラー回路302および差動増幅回路303も様々な回路を適用することができるのはいうまでもない。
As shown in FIG. 14, in order to apply the bias voltage Vbn1 to the gate of the high-
このように、本発明の第8実施例の半導体集積回路装置によれば、差動増幅回路303における電流源を安定にして高周波の入力信号にも十分対応することができる。
As described above, according to the semiconductor integrated circuit device of the eighth embodiment of the present invention, the current source in the
上述したように、本発明に係る電流源回路(半導体集積回路装置)は、電源電圧依存がほとんどなく、温度依存を減少させることができる上、最近のトランジスタの微細化に伴う電源の低電圧化にも対応した安定な電流源を提供することが可能である。さらに、本発明に係る差動増幅回路(半導体集積回路装置)は、高い周波数で広い範囲の入力のコモンレベルに対応することでき、また、出力をロジックの電圧値へレベルシフトする機能も持たせることができる。そして、本発明に係る電流源回路と差動増幅回路を組み合わせることにより、より安定した高周波に対応する半導体集積回路装置を提供することができる。 As described above, the current source circuit (semiconductor integrated circuit device) according to the present invention has almost no power supply voltage dependence and can reduce the temperature dependence. In addition, the power supply voltage has been lowered with the recent miniaturization of transistors. It is possible to provide a stable current source corresponding to the above. Further, the differential amplifier circuit (semiconductor integrated circuit device) according to the present invention can cope with a common level of a wide range of inputs at a high frequency, and has a function of level-shifting the output to a logic voltage value. be able to. By combining the current source circuit and the differential amplifier circuit according to the present invention, a semiconductor integrated circuit device corresponding to a more stable high frequency can be provided.
(付記1) 第1の電源線と第2の電源線との間に、直列に接続された第1導電型の第1のMISトランジスタ、第2導電型の第2のMISトランジスタおよび抵抗を有する半導体集積回路装置であって、
ゲートが前記第1のMISトランジスタおよび前記第2のMISトランジスタの接続ノードに接続され、ドレインが前記第2のMISトランジスタおよび前記抵抗の接続ノードに接続された第1導電型の第3のMISトランジスタを備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Additional remark 1) It has the 1st MIS transistor of the 1st conductivity type, the 2nd MIS transistor of the 2nd conductivity type, and resistance which were connected in series between the 1st power supply line and the 2nd power supply line A semiconductor integrated circuit device,
A third MIS transistor of the first conductivity type having a gate connected to a connection node of the first MIS transistor and the second MIS transistor and a drain connected to a connection node of the second MIS transistor and the resistor A semiconductor integrated circuit device comprising:
(付記2) 付記1に記載の半導体集積回路装置において、さらに、
前記第2のMISトランジスタとカレントミラー接続された第2導電型の第4および第5のMISトランジスタと、
該第4のトランジスタおよび前記第1の電源線に接続され、前記第1のMISトランジスタとカレントミラー接続された第1導電型の第6のMISトランジスタと、
前記第5のMISトランジスタおよび前記第1の電源線に接続され、ゲートが前記第1のMISトランジスタおよび前記第2のMISトランジスタの接続ノードに接続された第1導電型の第7のMISトランジスタと、を備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Appendix 2) In the semiconductor integrated circuit device according to
A second conductivity type fourth and fifth MIS transistor connected in a current mirror connection with the second MIS transistor;
A sixth MIS transistor of a first conductivity type connected to the fourth transistor and the first power supply line and connected to the first MIS transistor as a current mirror;
A seventh MIS transistor of the first conductivity type connected to the fifth MIS transistor and the first power supply line and having a gate connected to a connection node of the first MIS transistor and the second MIS transistor; A semiconductor integrated circuit device comprising:
(付記3) 付記1または2に記載の半導体集積回路装置において、さらに、ソースが前記第1の電源線に接続され、ゲートが前記第1のMISトランジスタおよび前記第2のMISトランジスタの接続ノードに接続され、出力電流を流す第1導電型の第8のMISトランジスタを備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Appendix 3) In the semiconductor integrated circuit device according to
(付記4) 付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、さらに、
前記第2のMISトランジスタと前記抵抗との間に設けられた第2導電型の第9のMISトランジスタと、
前記第4および第5のMISトランジスタと前記第2の電源線との間に設けられた第2導電型の第10および第11のMISトランジスタとを備え、前記第2、第4および第5のMISトランジスタに対して前記第9、第10および第11のMISトランジスタをカスケード接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。
(Appendix 4) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
A second conductivity type ninth MIS transistor provided between the second MIS transistor and the resistor;
A second conductivity type tenth and eleventh MIS transistor provided between the fourth and fifth MIS transistors and the second power supply line, the second, fourth and fifth MIS transistors; 9. A semiconductor integrated circuit device, wherein the ninth, tenth and eleventh MIS transistors are cascade-connected to a MIS transistor.
(付記5) 付記1〜4のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、前記第1のMISトランジスタを他の第1導電型のMISトランジスタとは異なる特性を有するトランジスタとして構成したことを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary Note 5) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
(付記6) 付記5に記載の半導体集積回路装置において、前記異なる特性を有する第1のMISトランジスタは、前記他の第1導電型のMISトランジスタよりもトランジスタサイズを小さく、しきい値電圧を高く、または、基板バイアスを大きくするようになっていることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Appendix 6) In the semiconductor integrated circuit device according to
(付記7) 入力信号が供給され、第1導電型および第2導電型の高電圧用MISトランジスタにより構成された増幅部、および、該増幅部の出力を受け取ってレベルシフトされた信号を出力するレベルシフト部を有する半導体集積回路装置であって、
前記増幅部は、ダイオード接続された第2導電型の高電圧用MISトランジスタを備え、
前記レベルシフト部は、前記ダイオード接続された第2導電型の高電圧用MISトランジスタとカレントミラー接続された第2導電型の高電圧用MISトランジスタ、および、第1導電型および第2導電型の低電圧用MISトランジスタを備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary Note 7) An input signal is supplied, and an amplifying unit configured by first-conductivity-type and second-conductivity-type high-voltage MIS transistors, and an output of the amplifying unit are received and a level-shifted signal is output. A semiconductor integrated circuit device having a level shift unit,
The amplifying unit includes a diode-connected second conductivity type high voltage MIS transistor,
The level shift unit includes a second conductivity type high voltage MIS transistor connected to the diode-connected second conductivity type high voltage MIS transistor, a second conductivity type high voltage MIS transistor, and a first conductivity type and a second conductivity type. A semiconductor integrated circuit device comprising a low-voltage MIS transistor.
(付記8) 付記7に記載の半導体集積回路装置において、前記ダイオード接続された第2導電型の高電圧用MISトランジスタを抵抗に置き換えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary note 8) The semiconductor integrated circuit device according to
(付記9) 付記7に記載の半導体集積回路装置において、前記ダイオード接続された第2導電型の高電圧用MISトランジスタに対して第2導電型の高電圧用MISトランジスタをクロスカップル接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary Note 9) In the semiconductor integrated circuit device according to
(付記10) 付記7〜9のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、前記増幅部は、差動の入力信号を受け取る第1導電型の高電圧用MISトランジスタ対を備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary Note 10) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
(付記11) 付記10に記載の半導体集積回路装置において、前記第1導電型の高電圧用MISトランジスタ対に対して前記入力信号を受け取りドレインがクロス接続された一対の第1導電型の高電圧用MISトランジスタを設けることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary Note 11) In the semiconductor integrated circuit device according to
(付記12) 付記7〜11のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、前記増幅部は、
差動の入力信号を受け取る第1導電型の高電圧用MISトランジスタ対を有する第1の差動対と、
前記差動の入力信号を受け取る第2導電型の高電圧用MISトランジスタ対を有する第2の差動対とを備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
(Appendix 12) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of
A first differential pair having a first conductivity type high voltage MIS transistor pair for receiving a differential input signal;
A semiconductor integrated circuit device comprising: a second differential pair having a second-conductivity-type high-voltage MIS transistor pair that receives the differential input signal.
(付記13) 付記1〜6のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置を電流源回路とし、
付記7〜12のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置を差動増幅回路とし、
前記電流源回路の出力電流を、カレントミラー回路を介して前記差動増幅回路における電流源のバイアス電圧に使用したことを特徴とする半導体集積回路装置。
(Supplementary note 13) The semiconductor integrated circuit device according to any one of
The semiconductor integrated circuit device according to any one of
A semiconductor integrated circuit device, wherein an output current of the current source circuit is used as a bias voltage of a current source in the differential amplifier circuit via a current mirror circuit.
1〜5;6’〜8’;101〜103 pチャネル型MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)
1’〜5’;6〜8;6a〜8a;104,105 nチャネル型MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)
9;106;231,232 抵抗
20,200 増幅部(差動増幅部)
21〜27;201〜209;251,252;325 高電圧用pMOSトランジスタ
28〜31;210;321 低電圧用pMOSトランジスタ
32〜36;211〜217;221,222;241,242;323 高電圧用nMOSトランジスタ
37〜39;218;322,324 低電圧用nMOSトランジスタ
40,219 インバータ
50,250 レベルシフト部
301 電流源回路
302 カレントミラー回路
303 差動増幅回路
IN,/IN 差動入力信号
Vdd 高電位電源線(高電位電源電圧)
Vdd1 高い高電位電源電圧
Vdd2 低い高電位電源電圧
Vss 低電位電源線(低電位電源電圧)
1-5; 6'-8 '; 101-103 p-channel MOS transistor (pMOS transistor)
1 ′ to 5 ′; 6 to 8; 6a to 8a; 104, 105 n-channel MOS transistor (nMOS transistor)
9; 106; 231, 232 Resistance 20,200 Amplification section (differential amplification section)
21-27; 201-209; 251, 252; 325 High-voltage pMOS transistors 28-31; 210; 321 Low-voltage pMOS transistors 32-36; 211-217; 221, 222; 241, 242; 323
Vdd1 High high potential power supply voltage Vdd2 Low high potential power supply voltage Vss Low potential power supply line (low potential power supply voltage)
Claims (6)
第3電源線と前記第2電源線との間に接続されると共に、前記増幅された入力差動信号のレベルをシフトするレベルシフト部と、を備え、
前記増幅部は、
ダイオード接続された第1トランジスタと、
ダイオード接続された第2トランジスタと、
前記第1トランジスタに平行に配置される第3トランジスタと、
前記第2トランジスタに平行に配置される第4トランジスタと、を含み、
前記レベルシフト部は、第5トランジスタと第6トランジスタとを含み、
前記第1トランジスタのドレインが前記第4トランジスタのゲートと前記第5トランジスタのゲートに接続され、
前記第2トランジスタのドレインが前記第3トランジスタのゲートと前記第6トランジスタのゲートに接続されることを特徴とする半導体集積回路装置。 Rutotomoni is connected between the first power supply line and the second power supply line, an amplifying unit for amplifying an input differential signal,
Rutotomoni connected between the second power supply line and the third power supply line, and a level shift unit for shifting the level of said amplified input differential signal,
The amplification unit is
A diode-connected first transistor ;
A diode-connected second transistor;
A third transistor disposed parallel to the first transistor;
A fourth transistor disposed in parallel with the second transistor ,
The level shift unit includes a fifth transistor and a sixth transistor ,
The drain of the first transistor is connected to the gate of the fourth transistor and the gate of the fifth transistor ;
The semiconductor integrated circuit device in which the drain of the second transistor is characterized Rukoto connected to gates of said sixth transistor of the third transistor.
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