JP5281520B2 - Amplifier circuit - Google Patents
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Description
本発明は増幅回路に関し、特に低抵抗負荷を高効率で駆動する、高効率増幅回路の改善に関するものである。 The present invention relates to an amplifier circuit, and more particularly to improvement of a high efficiency amplifier circuit that drives a low resistance load with high efficiency.
従来より、集積回路(以下、ICと呼ぶ)は、単電源すなわち、一個の正電源と接地電源とで動作することが一般的である。従って、ICが演算増幅器を内蔵し演算増幅器の出力をICから出力する場合、無信号入力に対応した演算増幅器の出力レベルは、正電源と接地電源の間の値となる、適当な電位を割り当てていた。しかし、ICからの出力により駆動される負荷は、接地電源に対して接続されているのが一般的である。このため、特に負荷がスピーカやヘッドホンのように低抵抗の場合には、無信号出力時に大きな電流が負荷に流れることになり、著しく演算増幅器の効率を劣化させた。これを防ぐために、ICの出力端と負荷とをコンデンサを介して接続することで、無信号出力時に大きな電流が流れることを防ぐのが一般に行われている。しかし負荷が低抵抗であり、また信号が音声信号のように、低周波数の成分を含む場合には、非常に大きな容量のコンデンサが必要であり、問題となっていた。 Conventionally, an integrated circuit (hereinafter referred to as an IC) generally operates with a single power source, that is, with one positive power source and a ground power source. Therefore, when the IC has an operational amplifier and the output of the operational amplifier is output from the IC, the output level of the operational amplifier corresponding to the no-signal input is assigned a suitable potential that is a value between the positive power supply and the ground power supply. It was. However, the load driven by the output from the IC is generally connected to a ground power source. For this reason, particularly when the load has a low resistance such as a speaker or a headphone, a large current flows through the load when no signal is output, which significantly deteriorates the efficiency of the operational amplifier. In order to prevent this, it is common practice to prevent a large current from flowing during no-signal output by connecting the output terminal of the IC and a load via a capacitor. However, when the load has a low resistance and the signal includes a low-frequency component such as an audio signal, a capacitor having a very large capacity is necessary, which is a problem.
ここで、特許文献1において、上記問題に対する改善が提案された。すなわち特許文献1では、IC内にチャージポンプ回路を持ち、正電源から負電源を生成するとともに、演算増幅器を正電源とチャージポンプ回路で生成した負電源で動作させることにより、無信号入力に対応した演算増幅器の出力レベルを接地電源レベルとする提案である。この提案により、コンデンサを使用することなく、無信号出力時には、演算増幅器から負荷に供給される出力電流がゼロとなる、高効率の演算増幅器を実現することが可能となった。
Here, in
演算増幅器の効率をさらに改善するためには、演算増幅器の回路構成を、正負電源間に流れる電流を少なくする構成とし低消費電力化を実現することが重要となる。負電源を自ら生成する場合には、負電源に流れる電流を少なくすることは特に重要である。このために利用可能な回路構成が、特許文献2に開示されている。この特許文献2には、演算増幅器の入力段と出力段とを異なる電源で動作させる構成が開示されている。特許文献2においては、演算増幅器の入力段について、具体的な構成は述べられていないが、入力段は正電源と接地電源とで動作させ、入力段の出力を、プリバッファを介し、電流出力として出力段に接続することにより、出力段は正電源と負電源で動作させる演算増幅器の構成が提示されている。 In order to further improve the efficiency of the operational amplifier, it is important to realize low power consumption by making the circuit configuration of the operational amplifier less current flowing between the positive and negative power supplies. When a negative power supply is generated by itself, it is particularly important to reduce the current flowing through the negative power supply. A circuit configuration that can be used for this purpose is disclosed in Patent Document 2. Patent Document 2 discloses a configuration in which an input stage and an output stage of an operational amplifier are operated by different power sources. In Patent Document 2, the specific configuration of the input stage of the operational amplifier is not described, but the input stage is operated by a positive power source and a ground power source, and the output of the input stage is output as a current output via a pre-buffer. As described above, the configuration of an operational amplifier is proposed in which the output stage is operated by a positive power source and a negative power source.
特許文献2に記載の演算増幅器は、図8に示されているように、プリアンプ11と、第1のプリドライバとなるトランジスタ12と、第2のプリドライバとなるトランジスタ13と、第1のカレントミラー回路14と、第2のカレントミラー回路15と、パワーアンプ16とを有している。そして、プリアンプ11によって入力信号SIが電圧増幅されて第1、第2のトランジスタ12、13に出力される。すると、第1のトランジスタ12によってプリアンプ11の出力が増大するにつれて増大する出力電流が第1のカレントミラー回路14に供給され、第2のトランジスタ13によってプリアンプ11の出力が増大するにつれて減少する出力電流が第2のカレントミラー回路15に供給される。そして、第1のカレントミラー回路14によって、第1のプリドライバ12の出力電流に基づく第1の定電流CI1が生成され、第2のカレントミラー回路15によって第2のトランジスタ13の出力電流に基づく第2の定電流CI2が生成される。第1の定電流CI1と第2の定電流CI2との差に基づき、パワーアンプ16によって、電圧増幅された入力信号SIが電流増幅されて増幅信号ZSが生成される。
As shown in FIG. 8, the operational amplifier described in Patent Document 2 includes a
この演算増幅器によれば、入力段100であるプリアンプ11と、出力段400であるパワーアンプ16とが、第1、第2のプリドライバとなるトランジスタ12、13と第1、第2のカレントミラー回路14、15によって電流結合されており、第1の定電流CI1と第2の定電流CI2との差に基づいてパワーアンプ16が入力信号SIを増幅して増幅信号ZSを生成している。このため、電圧レベルの異なる電源電圧で駆動されているプリアンプ11とパワーアンプ16とを結合させ、演算増幅器として正常に動作させることができる。
According to this operational amplifier, the
なお、第1のカレントミラー回路14は、トランジスタQ11およびQ12と、抵抗素子R13およびR14とで構成されている。また、第2のカレントミラー回路15は、トランジスタQ13およびQ14と、抵抗素子R15およびR16とで構成されている。さらに、パワーアンプ16は、抵抗素子R17およびR18と、トランジスタQ15、Q16およびQ17とで構成されている。
The first
図8の演算増幅器では、トランジスタ12およびトランジスタ13、抵抗素子R11およびR12、カレントミラー回路14の一部をなすトランジスタQ11および抵抗素子R13、カレントミラー回路15の一部をなすトランジスタQ13および抵抗素子R15は、プリバッファ段200を構成する。また、カレントミラー回路14の一部をなすトランジスタQ12および抵抗素子R14、カレントミラー回路15の一部をなすトランジスタQ14および抵抗素子R16、パワーアンプ16の一部をなす抵抗素子R17およびR18並びにトランジスタQ15は、動作点設定回路300を構成する。
In the operational amplifier of FIG. 8, the
特許文献2に開示された回路構成では、演算増幅器の入力段100は正電源と接地電源で動作することから、演算増幅器全体を正電源1と負電源3とで動作させる場合より消費電力が少なくなること、さらに負電源3に流れる電流が少なくなっていることは明らかである。しかしながら、入力段100と出力段400とを接続するために正電源2と負電源3とで動作するプリバッファ段200が必要となることから、十分な消費電力削減効果を得ることはできなかった。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、より一層の低消費電力化が可能な増幅回路を提供することを目的とする。
In the circuit configuration disclosed in Patent Document 2, since the
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an amplifier circuit capable of further reducing power consumption.
本発明による増幅回路は、信号を入力するための入力段と信号を出力するための出力段とを有する増幅回路であって、
前記入力段は、
第1および第2のトランジスタによって構成される差動対と、
前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタそれぞれに対応して設けられ、対応するトランジスタの負荷として動作する第1および第2の負荷回路とを備え、
前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路には、互いに異なる電源電圧を供給する電源が接続されていることを特徴とする。この構成によれば、入力段が、プリバッファ段の機能の一部を同時に担うので、低消費電力であり、かつ負電源に流れる電流の少ない高効率の増幅回路を実現できる。
An amplifier circuit according to the present invention is an amplifier circuit having an input stage for inputting a signal and an output stage for outputting a signal,
The input stage is
A differential pair constituted by first and second transistors;
A first and second load circuit provided corresponding to each of the first and second transistors constituting the differential pair and operating as a load of the corresponding transistor;
The first load circuit and the second load circuit are connected to power supplies that supply different power supply voltages. According to this configuration, since the input stage simultaneously takes part of the function of the pre-buffer stage, it is possible to realize a high-efficiency amplifier circuit that consumes less power and has less current flowing through the negative power supply.
また、前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタのドレイン電圧を一定とする制御回路を有していてもよい。これにより、差動対を構成するトランジスタのドレイン−ソース間電圧が異なることによって生じるオフセット特性の劣化を抑制することができる。
さらに、前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタのソースに接続された定電流源を有し、前記定電流源に接続されている電源は、前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路に接続されている電源と異なっていてもよい。定電流源に接続されている電源と、負荷回路に接続されている電源とが異なっている場合にも、入力段が、プリバッファ段の機能の一部を同時に担うので、低消費電力であり、かつ負電源に流れる電流の少ない高効率の増幅回路を実現できる。
In addition, a control circuit may be provided that makes the drain voltages of the first and second transistors constituting the differential pair constant. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the offset characteristics caused by the difference between the drain-source voltages of the transistors constituting the differential pair.
And a constant current source connected to sources of the first and second transistors constituting the differential pair, wherein the power source connected to the constant current source includes the first load circuit and the first load circuit. It may be different from the power source connected to the two load circuits. Even when the power supply connected to the constant current source and the power supply connected to the load circuit are different, the input stage plays a part in the function of the pre-buffer stage at the same time, so the power consumption is low. In addition, a high-efficiency amplifier circuit with less current flowing through the negative power supply can be realized.
前記定電流源に接続されている電源は、接地電源であり、前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路に接続されている電源の一方は、前記接地電源より高い電位を持つ第1の正電源であり、他方は前記第1の正電源とは異なる電位を持つ第2の正電源であってもよい。このような電源を用いる場合でも、低消費電力であり、かつ負電源に流れる電流の少ない高効率の増幅回路を実現できる。
なお、前記出力段は、前記正電源と前記負電源との間に直列に接続された1対の出力トランジスタを有しており、さらに、第1および第2の電流源と、それら第1および第2の電流源の間に接続された浮遊定電流源とを有し、前記1対の出力トランジスタの動作点を定める動作点設定回路を備えていてもよい。動作点設定回路を備えることにより、出力段内の出力トランジスタの動作点を適切に定めることができる。
The power source connected to the constant current source is a ground power source, and one of the power sources connected to the first load circuit and the second load circuit has a higher potential than the ground power source . And the other may be a second positive power supply having a potential different from that of the first positive power supply . Even when such a power supply is used, it is possible to realize a high-efficiency amplifier circuit with low power consumption and low current flowing through the negative power supply.
The output stage includes a pair of output transistors connected in series between the positive power source and the negative power source, and further includes first and second current sources, and the first and second current sources. A floating constant current source connected between the second current sources, and an operating point setting circuit for determining an operating point of the pair of output transistors. By providing the operating point setting circuit, the operating point of the output transistor in the output stage can be determined appropriately.
本発明によれば、入力段が、プリバッファ段の機能の一部を同時に担うことから、低消費電力であり、かつ負電源に流れる電流の少ない高効率の増幅回路を得ることができる。 According to the present invention, since the input stage plays a part of the function of the pre-buffer stage at the same time, it is possible to obtain a high-efficiency amplifier circuit with low power consumption and low current flowing through the negative power supply.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明による増幅回路の第1の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路は、信号を入力するための入力段100と、信号を出力するための出力段400と、出力段400内の出力トランジスタの動作点を定める動作点設定回路300とから構成されている。
入力段100は、電流源3と、ソース同士が接続されたP型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと呼ぶことがある)MP5およびMP6からなり、入力端VINN、VINPに印加される電圧を入力とする差動対DIFと、この差動対DIFの差動出力が印加される負荷回路L1およびL2とを備えている。これら負荷回路L1およびL2は、差動対DIFを構成するトランジスタMP5、MP6に対応して設けられ、それぞれ対応するトランジスタのドレインと電源との間に、接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to in the following description, the same parts as those in the other drawings are denoted by the same reference numerals.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of an amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the amplifier circuit of this embodiment includes an
The
負荷回路L1は、ゲートとドレインとが接続されたN型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと呼ぶことがある)MN6によって構成されている。負荷回路L2は、ゲートとドレインとが接続されたトランジスタMN5によって構成されている。これら負荷回路L1、L2は、対応するトランジスタMP5、MP6からの電流を受け取り、それぞれ対応するトランジスタの負荷として動作する。そして、負荷回路L1には負電源3が、負荷回路L2には接地電源GNDが、それぞれ接続されている。すなわち、これら負荷回路L1、L2に接続されている電源は、互いに異なる(同一でない)。 The load circuit L1 is configured by an N-type MOS transistor (hereinafter sometimes simply referred to as a transistor) MN6 whose gate and drain are connected. The load circuit L2 is configured by a transistor MN5 having a gate and a drain connected. These load circuits L1 and L2 receive currents from the corresponding transistors MP5 and MP6, and operate as loads of the corresponding transistors, respectively. A negative power source 3 is connected to the load circuit L1, and a ground power source GND is connected to the load circuit L2. That is, the power supplies connected to the load circuits L1 and L2 are different from each other (not the same).
また、入力段100は、負荷回路L2を構成するトランジスタMN5と共にカレントミラー回路を構成するN型MOSトランジスタMN4と、後述するP型MOSトランジスタMP2と共にカレントミラー回路を構成するP型MOSトランジスタMP4とを備えている。この入力段100の出力信号は、ノードVP1、VN1を経て動作点設定回路300に入力される。
動作点設定回路300は、正電源2に接続された電流源I1と、負電源3に接続された電流源I2と、それら電流源I1およびI2の間に設けられた浮遊定電流源FI1とを備えている。
The
The operating
電流源I1は、P型MOSトランジスタMP2によって構成されている。このトランジスタMP2は、P型MOSトランジスタMP4と共にカレントミラー回路を構成している。また、電流源I2は、N型MOSトランジスタMN2によって構成されている。このトランジスタMN2は、N型MOSトランジスタMN6と共にカレントミラー回路を構成している。
浮遊定電流源FI1は、トランジスタMP3およびMN3が、電流源I1との接続点であるノードGMP1と、電流源I2との接続点であるノードGMN1との間に接続された構成になっている。トランジスタMP3のゲートには電圧VP2が与えられる。トランジスタMN3のゲートには電圧VN2が与えられる。
The current source I1 is configured by a P-type MOS transistor MP2. The transistor MP2 forms a current mirror circuit together with the P-type MOS transistor MP4. The current source I2 is configured by an N-type MOS transistor MN2. This transistor MN2 constitutes a current mirror circuit together with the N-type MOS transistor MN6.
The floating constant current source FI1 has a configuration in which transistors MP3 and MN3 are connected between a node GMP1 that is a connection point with the current source I1 and a node GMN1 that is a connection point with the current source I2. A voltage VP2 is applied to the gate of the transistor MP3. A voltage VN2 is applied to the gate of the transistor MN3.
出力段400は、正電源2と負電源3との間に、ドレインを共通にして直列接続されたP型MOSトランジスタMP1およびN型MOSトランジスタMN1を備えている。これらトランジスタMP1およびMN1の共通接続されたドレインが出力端VOUTとなる。
ところで、本実施形態の増幅回路では、動作点設定回路300および出力段400として、特開昭61−35004号公報において提案されたAB級出力段の構成を利用している。ここで、本実施形態の増幅回路における動作点設定回路300の動作について、以下に説明する。
The
By the way, in the amplifier circuit of this embodiment, the configuration of the class AB output stage proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-35004 is used as the operating
まず、動作点設定回路300を構成する電流源I1およびI2を流れる電流をIS1、浮遊定電流源FI1を構成するP型MOSトランジスタMP3・M型MOSトランジスタMN3を流れる電流を、それぞれIP3、IN3、電流源I2と浮遊定電流源FI1との接続箇所を、GMP1、電流源I1と浮遊定電流源FI1との接続箇所をGMN1、とする。さらに任意の電流源Ixを考え、この電流源Ixより流れ込む電流を、ISxとする。
First, currents flowing through the current sources I1 and I2 constituting the operating
回路動作として電流源I2の電流を減少させることにより生じる効果は、電流源I1の電流を増加させることによる効果または電流源IxからノードGMN1に電流を注入することによって得られる効果と同一である。このため、電流源I2に流れ込む電流は、式(1)となる。
ISx+IP3+IN3=ISx+IS1 …(1)
式(1)によると、電流源I2に流れ込む電流はIS1より大であるから、ノードGMN1の電位は上昇してゆく。
The effect caused by reducing the current of the current source I2 as a circuit operation is the same as the effect obtained by increasing the current of the current source I1 or the effect obtained by injecting current from the current source Ix to the node GMN1. For this reason, the current flowing into the current source I2 is expressed by Equation (1).
ISx + IP3 + IN3 = ISx + IS1 (1)
According to equation (1), the current flowing into the current source I2 is larger than IS1, and therefore the potential of the node GMN1 rises.
この結果、トランジスタMN3のゲート−ソース間電位Vgsn3は減少し、電流IN3は減少することとなる。しかし、IS1=IN3+IP3であるから、電流IN3の減少とともに電流IP3は増加し、Vgsp3は大きくなることから、ノードGMP1の電位は上昇し、IP3=IS1となったときに電位の上昇は停止する。すなわちノードGMN1への電流源Ixからの電流流入により、ノードGMN1の電位の上昇は継続するが、ノードGMP1の電位の上昇はわずかに上昇して停止することになる。 As a result, the gate-source potential V gsn3 of the transistor MN3 decreases, and the current IN3 decreases. However, since IS1 = IN3 + IP3, the current IP3 increases and V gsp3 increases as the current IN3 decreases, so that the potential of the node GMP1 rises, and the rise in potential stops when IP3 = IS1. . That is, the current inflow from the current source Ix to the node GMN1 continues to increase the potential of the node GMN1, but the increase in the potential of the node GMP1 slightly increases and stops.
この、ノードGMN1およびGMP1の電位変化により、トランジスタMN1を流れる電流IN1は増加し続け、トランジスタMP1を流れる電流IP1はわずかに減少する。これら2個のトランジスタMN1、MP1をそれぞれ流れる電流IN1と電流IP1との差が出力段400からの出力電流となり、この出力電流と出力端VOUTに接続される負荷とによって、出力段400の出力端VOUTの出力電位が決定される。すなわち、ノードGMN1に電流を注入(または電流源I2の電流を減少、または電流源I1の電流を増加、またはノードGMP1に電流を注入)したとき、出力端VOUTの出力電位は低下し、ノードGMN1から電流を吸出(すなわち電流源I2の電流を増加、電流源I1の電流を減少、ノードGMP1から電流を吸出)したとき、出力端VOUTの出力電位は上昇する。このように、第1の電流源I1と第2の電流源I2との間に浮遊定電流源FI1が接続されており、これら電流源は、出力段400を構成する1対の出力トランジスタの動作点を定めている。
Due to the potential change of the nodes GMN1 and GMP1, the current IN1 flowing through the transistor MN1 continues to increase, and the current IP1 flowing through the transistor MP1 decreases slightly. The difference between the current IN1 and the current IP1 flowing through the two transistors MN1 and MP1 is an output current from the
ここで、図1の増幅回路の構成を、図8の構成と比較すると、図8中のプリバッファのトランジスタQ11、トランジスタ12が、それぞれ、図1中のP型MOSトランジスタMP4、N型MOSトランジスタMN4に対応する。また、図1の増幅回路では、図8中のプリバッファのトランジスタQ13に代えて、入力段100内の負荷回路L1を構成するN型MOSトランジスタMN6を用いている。従って、図1の構成を採用すれば、図8において設けられていたトランジスタQ13およびトランジスタ13が削除され、トランジスタ数および電流が削減できる。
なお、本実施形態において、増幅回路を安定に動作させるために必要とされる位相補償回路については、その図示が省略されている。以降説明する他の実施形態についても同様である。
Here, when the configuration of the amplifier circuit of FIG. 1 is compared with the configuration of FIG. 8, the pre-buffer transistor Q11 and
In the present embodiment, illustration of a phase compensation circuit required for stably operating the amplifier circuit is omitted. The same applies to other embodiments described below.
(第2の実施形態)
図2は、本発明による増幅回路の第2の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路は、図1の増幅回路の差動対DIFを構成するトランジスタを、N型MOSトランジスタMN4、MN5に変更した場合の回路構成である。
同図を参照すると、本実施形態の増幅回路の入力段100は、N型MOSトランジスタMN4、MN5からなる差動対DIFと、ゲートとドレインとが接続されたP型MOSトランジスタMP6で構成された負荷回路L1と、ゲートとドレインとが接続されたP型MOSトランジスタMP5で構成された負荷回路L2と、P型MOSトランジスタMP5と共にカレントミラー回路を構成するP型MOSトランジスタMP4と、後述するN型MOSトランジスタMN2と共にカレントミラー回路を構成するN型MOSトランジスタMN6と、差動対DIFと接地電源GNDとの間に接続された電流源I3とを備えている。
図2の回路構成を採用すれば、図1の場合と同様に、図8の構成よりもトランジスタ数および電流を削減できる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the second embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the amplifier circuit of the present embodiment has a circuit configuration when the transistors constituting the differential pair DIF of the amplifier circuit of FIG. 1 are changed to N-type MOS transistors MN4 and MN5.
Referring to the figure, the
If the circuit configuration of FIG. 2 is adopted, the number of transistors and the current can be reduced as compared with the configuration of FIG. 8 as in the case of FIG.
(第3の実施形態)
図3は、本発明による増幅回路の第3の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路の構成が図1の構成と異なる点は、負荷回路L2を構成するトランジスタMN5のゲートに、自身のドレインが接続されておらず、適当な基準電圧VN3が印加されている点である。本実施形態では、トランジスタMN5のゲートとドレインとが同電位であるとき、トランジスタMN5が電流源I3の1/2の電流を流すような電位がVN3として与えられている。このように構成することにより、トランジスタMN5のドレインに大きな増幅度を与えることができる。そして、増幅回路としては、動作点設定回路300と出力段400との2段にゲインを持つ回路構成から、入力段100、動作点設定回路300および出力段400の3段にゲインを持つ回路構成に変更されており、DCゲインを大きくしている。
この構成は、出力段400の負荷が低抵抗であり、出力段400で大きなゲインを得ることが期待できない場合に、増幅回路のトータルのゲインが減少しDCゲインや周波数帯域が不足する場合に有効な構成である。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the third embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the configuration of the amplifier circuit of this embodiment is different from the configuration of FIG. 1 in that its drain is not connected to the gate of the transistor MN5 constituting the load circuit L2, and an appropriate reference voltage is obtained. VN3 is applied. In the present embodiment, when the gate and the drain of the transistor MN5 are at the same potential, a potential that causes the transistor MN5 to flow a half current of the current source I3 is given as VN3. With this configuration, a large amplification degree can be given to the drain of the transistor MN5. As the amplifier circuit, a circuit configuration having a gain in two stages, that is, the operating
This configuration is effective when the load of the
(第4の実施形態)
図4は、本発明による増幅回路の第4の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路の構成が図1の構成と異なる点は、入力段100において、トランジスタMN5、MN4の接続方法を変更している点である。すなわち、トランジスタMN5のドレインがトランジスタMN4のソースに接続され、電流折り返し回路を構成している点が図1の構成とは異なる。また、入力段100のトランジスタMN4およびMN5のゲート、動作点設定回路300の電流源を構成するトランジスタMP2のゲートには、それぞれ、適当な基準レベルの電圧VN4、VN3、VP1が印加されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the configuration of the amplifier circuit of the present embodiment is different from the configuration of FIG. 1 in that the connection method of the transistors MN5 and MN4 is changed in the
本実施形態では、トランジスタMN5のゲートとドレインとが同電位であるとき、MN5が電流源I3と同じ電流を流すような電位がVN3として与えられており、トランジスタMN5が電流源I3の4倍の電流を流すような電位がVN4として与えられている。さらにトランジスタMP2のゲートとドレインとが同電位であるとき、差動対への入力電圧VINNとVINPとが同電位であるときに電流源I2が流す電流にトランジスタMN4を流れる電流を加えた値と同じ電流をトランジスタMP2が流すような電位がVP1として与えられている。 In the present embodiment, when the gate and drain of the transistor MN5 are at the same potential, a potential at which MN5 flows the same current as the current source I3 is given as VN3, and the transistor MN5 is four times as large as the current source I3. A potential at which a current flows is given as VN4. Further, when the gate and drain of the transistor MP2 are at the same potential, a value obtained by adding the current flowing through the transistor MN4 to the current flowing through the current source I2 when the input voltages VINN and VINP to the differential pair are at the same potential, A potential at which the same current flows through the transistor MP2 is given as VP1.
この構成を採用することにより、差動対DIFを構成するトランジスタMP5の電流変化を受けて自身のドレイン端の電位を変化させる、負荷回路となるトランジスタMP2を、動作点設定回路300の構成要素の一部とすることができる。つまり、トランジスタMP2は、電流源I1として動作すると共に、負荷回路(図1中の負荷回路L2に対応)としても機能するので、本実施形態によれば、図1の構成よりもトランジスタ数をさらに削減できる。
By adopting this configuration, the transistor MP2 serving as a load circuit that changes the potential of its drain terminal in response to the current change of the transistor MP5 that constitutes the differential pair DIF is replaced with the component of the operating
(第5の実施形態)
図5は、本発明による増幅回路の第5の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路の構成が図1の構成と異なる点は、入力段100内にP型MOSトランジスタMP7およびMP8が追加され、両者のゲートに適当な基準レベルの電圧VP3が供給されている点である。本実施形態では、VP3としてトランジスタMN5のゲートとドレインとが同電位であるとき、トランジスタMN5が電流源I3と同じ電流を流すような電位からP型MOSトランジスタの閾値電圧を減じた値を与えている。トランジスタMP7・MP8はソースフォロア回路として動作し両トランジスタのソース電位は同一となる。従って差動対DIFを構成するトランジスタMP5およびMP6のソース電位・ドレイン電位が同一となる。つまり、本実施形態の入力段100には、差動対DIFを構成するトランジスタMP5およびMP6のドレイン電圧を一定とする回路を備えていることになる。これにより、差動対DIFを構成するトランジスタMP5およびMP6のドレイン−ソース間電圧が異なることによって生じるオフセット特性の劣化を抑制することができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the fifth embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the configuration of the amplifier circuit of the present embodiment is different from the configuration of FIG. 1 in that P-type MOS transistors MP7 and MP8 are added in the
(第6の実施形態)
図6は、本発明による増幅回路の第6の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態の増幅回路の構成が図2の構成と異なる点は、入力段100においてトランジスタMP5、MP4の接続方法を変更している点である。また、動作点設定回路内の電流源I2が差動対を構成するトランジスタMN4の負荷回路(図2の負荷回路L2に対応)としても機能している点も、図2の構成と異なる。
さらに、図2の構成では互いに異なる2つの正電源1、正電源2を用いていたのに対し、本実施形態では同一電位の正電源2を用いている。こうすることで、図8の回路構成におけるプリバッファ段200のトランジスタQ11を、入力段100の負荷回路L1(すなわちトランジスタMP6)により実現している。このため、本実施形態によれば、図8の回路構成におけるプリバッファ段200のトランジスタQ11およびトランジスタQ11が形成する電流流路を削除することができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the sixth embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to the figure, the configuration of the amplifier circuit of the present embodiment is different from the configuration of FIG. 2 in that the connection method of the transistors MP5 and MP4 is changed in the
Further, in the configuration of FIG. 2, two
さらに、図8の回路構成における動作点設定回路300の負電源側の電流源であるトランジスタQ14、プリバッファ段200のトランジスタQ13の機能を、本実施形態では負荷回路としても機能する電流源I2内のトランジスタMN2で実現している。このため、本実施形態によれば、図8の回路構成よりもトランジスタ数を削除することができる。
さらに 本実施形態では、動作点設定回路300の電流源I2を構成するトランジスタMN2は、負荷回路(図2中の負荷回路L2に対応)と、動作点設定回路の構成要素の一部とを兼ねている。このため、本実施形態によれば、図2の構成よりもトランジスタ数を削減できる。なお、トランジスタMP4、MP5、MN2、の各ゲートには、それぞれ、適当な基準レベルの電圧VP4、VP3、VN1が供給されている。
Further, the functions of the transistor Q14, which is the current source on the negative power source side of the operating
Furthermore, in the present embodiment, the transistor MN2 constituting the current source I2 of the operating
本実施形態では、トランジスタMP5のゲートとドレインとが同電位であるとき、トランジスタMP5が電流源I3と同じ電流を流すような電位がVP3として与えられており、トランジスタMP5が電流源I3の4倍の電流を流すような電位がVP4として与えられている。さらにトランジスタMN2のゲートとドレインとが同電位であるとき、差動対への入力電圧VINNとVINPとが同電位であるときに電流源I1が流す電流にトランジスタMP4を流れる電流を加えた値と同じ電流をトランジスタMN2が流すような電位がVN1として与えられている。 In the present embodiment, when the gate and drain of the transistor MP5 are at the same potential, a potential at which the transistor MP5 flows the same current as the current source I3 is given as VP3, and the transistor MP5 is four times the current source I3. A potential that allows the current to flow is supplied as VP4. Further, when the gate and drain of the transistor MN2 are at the same potential, a value obtained by adding the current flowing through the transistor MP4 to the current flowing through the current source I1 when the input voltages VINN and VINP to the differential pair are at the same potential, A potential at which the same current flows through the transistor MN2 is given as VN1.
(第7の実施形態)
図7は、本発明による増幅回路の第7の実施形態の構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態では、図6の構成において、入力段100内にP型MOSトランジスタMN7およびMN8が追加されている。そして、P型MOSトランジスタMN7およびMN8の両ゲートに適当な基準レベルの電圧VN3が供給されている。本実施形態では、VN3として、VP3に印加する値にN型MOSトランジスタの閾値電圧を加えた値を与えている。これにより、図5の場合と同様に、差動対DIFを構成するトランジスタMN4およびMN5のドレイン−ソース間電圧が異なることによって生じるオフセット特性の劣化を抑制することができる。
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the seventh embodiment of the amplifier circuit according to the present invention. Referring to this figure, in this embodiment, P-type MOS transistors MN7 and MN8 are added in the
1、2 正電源
3 負電源
11 プリアンプ
12、13 トランジスタ
14、15 カレントミラー回路
16 パワーアンプ
100 入力段
200 プリバッファ段
300 動作点設定回路
400 出力段
DIF 差動対
GND 接地電源
I1、I2、I3 定電流源
L1、L2 負荷回路
MN1〜MN8 N型MOSトランジスタ
MP1〜MP8 P型MOSトランジスタ
1, 2 Positive power supply 3
Claims (5)
前記入力段は、
第1および第2のトランジスタによって構成される差動対と、
前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタそれぞれに対応して設けられ、対応するトランジスタの負荷として動作する第1および第2の負荷回路とを備え、
前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路には、互いに異なる電源電圧を供給する電源が接続されていることを特徴とする増幅回路。 An amplifier circuit having an input stage for inputting a signal and an output stage for outputting a signal,
The input stage is
A differential pair constituted by first and second transistors;
A first and second load circuit provided corresponding to each of the first and second transistors constituting the differential pair and operating as a load of the corresponding transistor;
A power supply for supplying different power supply voltages to each other is connected to the first load circuit and the second load circuit.
前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタのドレイン電圧を一定とする制御回路を有することを特徴とする増幅回路。 The amplifier circuit according to claim 1,
An amplifier circuit comprising: a control circuit for making the drain voltages of the first and second transistors constituting the differential pair constant.
前記差動対を構成する第1および第2のトランジスタのソースに接続された定電流源を有し、前記定電流源に接続されている電源は、前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路に接続されている電源と異なることを特徴とする増幅回路。 An amplifier circuit according to claim 1 or 2,
A constant current source connected to sources of the first and second transistors constituting the differential pair; and a power source connected to the constant current source includes the first load circuit and the second load circuit An amplifier circuit characterized by being different from a power source connected to a load circuit.
前記定電流源に接続されている電源は、接地電源であり、
前記第1の負荷回路および前記第2の負荷回路に接続されている電源の一方は、前記接地電源より高い電位を持つ第1の正電源であり、他方は前記第1の正電源とは異なる電位を持つ第2の正電源であることを特徴とする増幅回路。 An amplifier circuit according to claim 3,
The power source connected to the constant current source is a ground power source,
One of the power supplies connected to the first load circuit and the second load circuit is a first positive power supply having a higher potential than the ground power supply, and the other is different from the first positive power supply. An amplifier circuit which is a second positive power supply having a potential .
前記出力段は、前記正電源と前記負電源との間に直列に接続された1対の出力トランジスタを有しており、
さらに、
第1および第2の電流源と、それら第1および第2の電流源の間に接続された浮遊定電流源とを有し、前記1対の出力トランジスタの動作点を定める動作点設定回路を備えることを特徴とする増幅回路。 An amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4,
The output stage includes a pair of output transistors connected in series between the positive power source and the negative power source;
further,
An operating point setting circuit which has first and second current sources and a floating constant current source connected between the first and second current sources and determines an operating point of the pair of output transistors; An amplifier circuit comprising:
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