JP7045148B2 - Differential circuit - Google Patents
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Description
本発明は、差動回路に関する。 The present invention relates to a differential circuit.
差動回路の一例であるオペアンプは、様々な電子機器に用いられている。例えば特許文献1に記載のオペアンプは、液晶駆動装置に用いられている。
An operational amplifier, which is an example of a differential circuit, is used in various electronic devices. For example, the operational amplifier described in
オペアンプの出力信号のノイズのさらなる改善が望まれている。
本発明の目的は、出力信号のノイズを低減できる差動回路を提供することにある。
Further improvement in noise of the output signal of the operational amplifier is desired.
An object of the present invention is to provide a differential circuit capable of reducing noise in an output signal.
〔1〕上記課題を解決する差動回路は、第1の電源電圧が印加される第1の電源配線と前記第1の電源電圧とは異なる第2の電源電圧が印加される第2の電源配線との間に設けられた第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタを含む差動対と、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路とを備える。 [1] In the differential circuit for solving the above problems, the first power supply wiring to which the first power supply voltage is applied and the second power supply to which the second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied are applied. The source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor with respect to the differential pair including the first MOS transistor and the second MOS transistor provided between the wiring and the back gate of the first MOS transistor and the second MOS transistor. It also includes a backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage.
本願発明者らは、差動回路の出力信号のノイズに影響を与えるパラメータとして、差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスに着目した。詳細には、当該トランスコンダクタンスが大きくなるにつれて差動回路の出力信号のノイズは小さくなる。そして本願発明者らは、差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートとソースとの間の電圧であるバックゲートソース間電圧が大きくなるにつれて第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなることを見出した。このため、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートに印加するバイアス電圧がソース電位よりも第1の電源電圧寄りとなる場合、バイアス電圧が第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートとソースとの間の電圧と等しい場合に比べ、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなる。 The inventors of the present application have focused on the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair as a parameter that affects the noise of the output signal of the differential circuit. Specifically, as the transconductance increases, the noise of the output signal of the differential circuit decreases. Then, the inventors of the present application describe the transformers of the first MOS transistor and the second MOS transistor as the voltage between the back gate and the source, which is the voltage between the back gate and the source of the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair, increases. We have found that the conductance increases. Therefore, when the bias voltage applied to the back gates of the first MOS transistor and the second MOS transistor is closer to the first power supply voltage than the source potential, the bias voltage is the back gate of the first MOS transistor and the second MOS transistor and the source. The transconductivity of the first MOS transistor and the second MOS transistor is larger than that of the case where the voltage is equal to the voltage between them.
そこで、本差動回路では、バックゲートバイアス回路によって第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートに対して第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのソース電位よりも第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加する。これにより、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートソース間電圧が大きくなる。これにより、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなるため、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 Therefore, in this differential circuit, a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor is applied to the back gate of the first MOS transistor and the second MOS transistor by the back gate bias circuit. .. As a result, the voltage between the back gate and the source of the first MOS transistor and the second MOS transistor becomes large. As a result, the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor is increased, so that the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔2〕上記差動回路において、前記第1の電源配線と前記差動対との間に設けられ、前記第1の電源電圧を、前記第1の電源電圧よりも前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位寄りの電圧に変換する電圧変換回路を含むことが好ましい。 [2] In the differential circuit, the first MOS transistor and the first MOS transistor are provided between the first power supply wiring and the differential pair, and the first power supply voltage is set higher than the first power supply voltage. It is preferable to include a voltage conversion circuit that converts a voltage closer to the source potential of the 2MOS transistor.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートとソースとの間の電圧であるバックゲートソース間電圧を大きくすることができる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 According to the above configuration, the backgate-source voltage, which is the voltage between the backgate and the source of the first MOS transistor and the second MOS transistor, can be increased. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔3〕上記差動回路において、前記バックゲートバイアス回路は、前記第1の電源電圧とは異なる第3の電源電圧により前記バイアス電圧を生成し、前記第1の電源電圧は、前記第3の電源電圧よりも前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位寄りの電圧であることが好ましい。 [3] In the differential circuit, the backgate bias circuit generates the bias voltage by a third power supply voltage different from the first power supply voltage, and the first power supply voltage is the third power supply voltage. It is preferable that the voltage is closer to the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor than the power supply voltage.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのバックゲートとソースとの間の電圧であるバックゲートソース間電圧を大きくすることができる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 According to the above configuration, the backgate-source voltage, which is the voltage between the backgate and the source of the first MOS transistor and the second MOS transistor, can be increased. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔4〕上記差動回路において、前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧を含む所定範囲内の電圧のうち前記第1の電源電圧と同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。
上記構成によれば、第1の電源配線のノイズの影響を受け難くなり、かつ第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを一層低減できる。
[4] In the differential circuit, the bias voltage is preferably a voltage excluding the voltage within a predetermined range including the first power supply voltage, which is the same as the first power supply voltage.
According to the above configuration, the noise of the first power supply wiring is less likely to be affected, and the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor is increased. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be further reduced.
〔5〕上記差動回路において、前記第1の電源電圧は前記第2の電源電圧よりも高く、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧よりも高いことが好ましい。 [5] In the differential circuit, the first power supply voltage is higher than the second power supply voltage, the first MOS transistor and the second MOS transistor are P-channel MOS transistors, and the bias voltage is the first. It is preferably higher than the power supply voltage of 1.
上記構成によれば、差動回路の出力信号のノイズを一層低減できる。
〔6〕上記差動回路において、前記バイアス電圧は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタの寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。
According to the above configuration, the noise of the output signal of the differential circuit can be further reduced.
[6] In the differential circuit, the bias voltage is preferably less than the voltage at which the parasitic diodes of the first MOS transistor and the second MOS transistor are turned on.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタが安定して動作できる。
〔7〕上記差動回路において、前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧の±20%以内の電圧であることが好ましい。
According to the above configuration, the first MOS transistor and the second MOS transistor can operate stably.
[7] In the differential circuit, the bias voltage is preferably a voltage within ± 20% of the first power supply voltage.
上記構成によれば、差動回路の出力信号のノイズを効果的に低減できる。
〔8〕上記差動回路において、前記第2の電源電圧は前記第1の電源電圧よりも高く、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり、前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧よりも低いことが好ましい。
According to the above configuration, the noise of the output signal of the differential circuit can be effectively reduced.
[8] In the differential circuit, the second power supply voltage is higher than the first power supply voltage, the first MOS transistor and the second MOS transistor are N-channel MOS transistors, and the bias voltage is the first. It is preferably lower than the power supply voltage of 1.
上記構成によれば、差動回路の出力信号のノイズを一層低減できる。
〔9〕上記差動回路において、前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷と、前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部とを備えることが好ましい。
According to the above configuration, the noise of the output signal of the differential circuit can be further reduced.
[9] In the differential circuit, an active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor, the third MOS transistor, and the second power supply wiring. It is preferable to provide a first resistance portion provided between the two, and a second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring.
能動負荷としての第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが小さくなるにつれて、差動回路の出力信号のノイズが小さくなる。
この点、上記構成によれば、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタにドレイン電流が流れ、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのゲートソース間電圧が上昇したとき、第1抵抗部及び第2抵抗部により第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのソース電位が上昇する。これにより、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れるドレイン電流の増加を防ぐように動作する。つまり、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタの実効のトランスコンダクタンスとして第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのドレイン側から見たときに第1抵抗部及び第2抵抗部に応じて第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのゲートソース間電圧が小さくなる。これにより、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタはドレイン電流を減らす方向に動作する。このため、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタの回路上のトランスコンダクタンスが低下する。これにより、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。
As the transconductance of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor as the active load becomes smaller, the noise of the output signal of the differential circuit becomes smaller.
In this regard, according to the above configuration, when a drain current flows through the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor and the gate-source voltage of the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor rises, the first resistance section and the second resistance section provide a second resistance. The source potential of the 3MOS transistor and the 4th MOS transistor rises. As a result, it operates so as to prevent an increase in the drain current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. That is, as the effective transconductivity of the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor, when viewed from the drain side of the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor, the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor depend on the 1st resistance portion and the 2nd resistance portion. The voltage between the gate and source becomes smaller. As a result, the third MOS transistor and the fourth MOS transistor operate in the direction of reducing the drain current. Therefore, the transconductance on the circuits of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor is lowered. This makes it possible to reduce the noise of the output signal of the differential circuit.
〔10〕上記差動回路において、前記第3MOSトランジスタのソースと前記第1抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第3MOSトランジスタのソース電位を制御する第1制御部と、前記第4MOSトランジスタのソースと前記第2抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第4MOSトランジスタのソース電位を制御する第2制御部とを備えることが好ましい。 [10] In the differential circuit, a first control unit that controls the source potential of the third MOS transistor by supplying a current between the source of the third MOS transistor and the first resistance unit, and the first control unit. It is preferable to include a second control unit that controls the source potential of the fourth MOS transistor by supplying a current between the source of the 4MOS transistor and the second resistance unit.
上記構成によれば、第1制御部によって第3MOSトランジスタのソース電位を制御でき、第2制御部によって第4MOSトランジスタのソース電位を制御できるため、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタの実効のトランスコンダクタンスを小さくできる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 According to the above configuration, the source potential of the third MOS transistor can be controlled by the first control unit, and the source potential of the fourth MOS transistor can be controlled by the second control unit. Therefore, the effective transconductance of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor can be determined. Can be made smaller. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔11〕上記差動回路において、前記第1制御部は、前記第3MOSトランジスタのソースと前記第1抵抗部との間に接続される第1の制御用トランジスタを含み、前記第2制御部は、前記第4MOSトランジスタのソースと前記第2抵抗部との間に接続される第2の制御用トランジスタを含み、前記第1の制御用トランジスタ及び前記第2の制御用トランジスタの制御端子の電圧は、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタのゲート電圧によって制御されていることが好ましい。 [11] In the differential circuit, the first control unit includes a first control transistor connected between the source of the third MOS transistor and the first resistance unit, and the second control unit includes the first control transistor. The voltage of the control terminal of the first control transistor and the second control transistor includes the second control transistor connected between the source of the fourth MOS transistor and the second resistance portion. , It is preferable that the control is performed by the gate voltage of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流の増加分が第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れることを抑制できるとともに、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのソース電位を上昇させることができる。 According to the above configuration, the increase in the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor can be suppressed from flowing to the third MOS transistor and the fourth MOS transistor, and the source potential of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor can be increased. can.
〔12〕上記差動回路において、前記第1制御部は、前記第1の電源配線及び前記第1の制御用トランジスタに接続された第1電流源をさらに含み、前記第2制御部は、前記第1の電源配線及び前記第2の制御用トランジスタに接続された第2電流源をさらに含むことが好ましい。 [12] In the differential circuit, the first control unit further includes a first current source connected to the first power supply wiring and the first control transistor, and the second control unit is the second control unit. It is preferable to further include a first power supply wiring and a second current source connected to the second control transistor.
〔13〕上記差動回路において、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部をさらに備えることが好ましい。 [13] In the differential circuit, it is preferable to further include a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなるにつれて差動回路の出力信号のノイズが小さくなる一方、能動負荷を構成する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが大きくなるにつれて差動回路の出力信号のノイズが大きくなる。 As the transconductivity of the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair increases, the noise of the output signal of the differential circuit decreases, while the transconductivity of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor constituting the active load increases. As the result increases, the noise of the output signal of the differential circuit increases.
この点、上記構成によれば、電流調整部は、差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流を増加させることにより第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスを増加させる。一方、能動負荷を構成する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流が第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流よりも小さいため、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流を増加させたことによる第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスの増加を抑制している。したがって、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 In this regard, according to the above configuration, the current adjusting unit increases the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor by increasing the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair. On the other hand, since the current flowing through the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor constituting the active load is smaller than the current flowing through the 1st MOS transistor and the 2nd MOS transistor, the current flowing through the 1st MOS transistor and the 2nd MOS transistor is increased. The increase in the transconductivity of the 3MOS transistor and the 4th MOS transistor is suppressed. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔14〕上記差動回路において、前記電流調整部は、前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタとを有することが好ましい。 [14] In the differential circuit, the current adjusting unit is connected in parallel with the first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor, and the control terminal is connected in parallel with the fourth MOS transistor. It is preferable to have a second adjusting transistor connected to the control terminal of the adjusting transistor.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタからの電流の一部が第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流れ、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのドレインに流れない。このため、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流が第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流よりも小さくなる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, a part of the current from the first MOS transistor and the second MOS transistor flows to the first adjustment transistor and the second adjustment transistor, and does not flow to the drain of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. Therefore, the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor is smaller than the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔15〕上記差動回路において、前記電流調整部は、前記第1の調整用トランジスタに流れる電流量と前記第2の調整用トランジスタに流れる電流量とを合計した電流量の調整用の電流を前記差動対に供給する電流供給部を有することが好ましい。 [15] In the differential circuit, the current adjusting unit calculates the adjusting current of the total amount of the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor. It is preferable to have a current supply unit that supplies the differential pair.
上記構成によれば、電流供給部によって差動対に供給する電流を、第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流すこととなるため、差動対に供給される電流量が増加する一方、能動負荷に供給される電流量が増加しない。このため、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが増加する一方、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが増加しない。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, the current supplied to the differential pair by the current supply unit is passed through the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, so that the amount of current supplied to the differential pair increases. On the other hand, the amount of current supplied to the active load does not increase. Therefore, while the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor increases, the transconductance of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor does not increase. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔16〕上記差動回路において、前記電流供給部は、前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に直列に接続された第1の供給用トランジスタ及び第2の供給用トランジスタと、前記第1の電源配線と前記差動対との間に設けられた第3の供給用トランジスタと、前記第2の供給用トランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第3抵抗部とを含み、前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給することが好ましい。 [16] In the differential circuit, the current supply unit is a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring. And a third supply transistor provided between the first power supply wiring and the differential pair, and a second supply transistor provided between the second supply transistor and the second power supply wiring. The first supply transistor including the three resistance portions is provided between the second supply transistor and the first power supply wiring, and the second supply transistor has a control terminal thereof. The third supply transistor is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor, and the third supply transistor constitutes the current mirror circuit with the first supply transistor. It is preferable to supply the adjustment current to the differential pair.
上記構成によれば、電流供給部によって差動対に供給する電流を、第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流すこととなるため、差動対に供給される電流量が増加する一方、能動負荷に供給される電流量が増加しない。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, the current supplied to the differential pair by the current supply unit is passed through the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, so that the amount of current supplied to the differential pair increases. On the other hand, the amount of current supplied to the active load does not increase. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔17〕上記差動回路において、前記第1の調整用トランジスタ及び前記第2の調整用トランジスタは、前記第3MOSトランジスタに流れる電流以下の電流を流すことが好ましい。 [17] In the differential circuit, it is preferable that the first adjusting transistor and the second adjusting transistor pass a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor.
第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタの素子ばらつきに起因して第1の調整用トランジスタに流れる電流と第2の調整用トランジスタに流れる電流とに差が生じると、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流に影響し、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのオフセット電圧が生じる場合がある。 When there is a difference between the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor due to the element variation of the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, the third MOS transistor and the third MOS transistor and The current flowing through the 4th MOS transistor may be affected, and the offset voltage of the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor may be generated.
その点、上記構成によれば、第1の調整用トランジスタに流れる電流及び第2の調整用トランジスタに流れる電流が、第3MOSトランジスタに流れる電流以下となることにより、各調整用トランジスタの素子ばらつきに起因する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流への影響を低減できる。 In that respect, according to the above configuration, the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor are equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor, so that the elements of each adjusting transistor vary. The effect on the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor can be reduced.
〔18〕上記差動回路において、前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタと、前記第2MOSトランジスタに接続され、ゲートが前記第3MOSトランジスタのゲートに接続された第4MOSトランジスタとを含む能動負荷と、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部とを備えることが好ましい。 [18] In the differential circuit, an active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor and having a gate connected to the gate of the third MOS transistor. It is preferable to include a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
上記構成によれば、電流調整部は、差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流を増加させることにより第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスを増加させる。一方、能動負荷を構成する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流が第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流よりも小さいため、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流を増加させたことによる第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスの増加を抑制している。したがって、差動回路の出力信号のノイズを低減できる。 According to the above configuration, the current adjusting unit increases the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor by increasing the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair. On the other hand, since the current flowing through the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor constituting the active load is smaller than the current flowing through the 1st MOS transistor and the 2nd MOS transistor, the current flowing through the 1st MOS transistor and the 2nd MOS transistor is increased. The increase in the transconductivity of the 3MOS transistor and the 4th MOS transistor is suppressed. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔19〕上記差動回路において、前記電流調整部は、前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタとを有することが好ましい。 [19] In the differential circuit, the current adjusting unit is connected in parallel with the first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor, and the control terminal is connected in parallel with the fourth MOS transistor. It is preferable to have a second adjusting transistor connected to the control terminal of the adjusting transistor.
上記構成によれば、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタからの電流の一部が第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流れ、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのドレインに流れない。このため、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流が第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに流れる電流よりも小さくなる。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, a part of the current from the first MOS transistor and the second MOS transistor flows to the first adjustment transistor and the second adjustment transistor, and does not flow to the drain of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. Therefore, the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor is smaller than the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔20〕上記差動回路において、前記電流調整部は、前記第1の調整用トランジスタに流れる電流量と前記第2の調整用トランジスタに流れる電流量とを合計した電流量の調整用の電流を前記差動対に供給する電流供給部を有することが好ましい。 [20] In the differential circuit, the current adjusting unit determines the adjusting current of the total amount of the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor. It is preferable to have a current supply unit that supplies the differential pair.
上記構成によれば、電流供給部によって差動対に供給する電流を、第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流すこととなるため、差動対に供給される電流量が増加する一方、能動負荷に供給される電流量が増加しない。このため、第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが増加する一方、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのトランスコンダクタンスが増加しない。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, the current supplied to the differential pair by the current supply unit is passed through the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, so that the amount of current supplied to the differential pair increases. On the other hand, the amount of current supplied to the active load does not increase. Therefore, while the transconductance of the first MOS transistor and the second MOS transistor increases, the transconductance of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor does not increase. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔21〕上記差動回路において、前記電流供給部は、前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に直列に接続された第1の供給用トランジスタ及び第2の供給用トランジスタと、前記第1の電源配線と前記差動対との間に設けられた第3の供給用トランジスタとを含み、前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給することが好ましい。 [21] In the differential circuit, the current supply unit is a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring. And a third supply transistor provided between the first power supply wiring and the differential pair, the first supply transistor includes the second supply transistor and the first supply transistor. The second supply transistor is provided between the power supply wiring and the control terminal thereof is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor. It is preferable that the supply transistor of No. 3 constitutes a current mirror circuit with the first supply transistor and supplies the adjustment current to the differential pair.
上記構成によれば、電流供給部によって差動対に供給する電流を、第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタに流すこととなるため、差動対に供給される電流量が増加する一方、能動負荷に供給される電流量が増加しない。したがって、差動回路の出力信号のノイズを小さくできる。 According to the above configuration, the current supplied to the differential pair by the current supply unit is passed through the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, so that the amount of current supplied to the differential pair increases. On the other hand, the amount of current supplied to the active load does not increase. Therefore, the noise of the output signal of the differential circuit can be reduced.
〔22〕上記差動回路において、前記第1の調整用トランジスタ及び前記第2の調整用トランジスタは、前記第3MOSトランジスタに流れる電流以下の電流を流すことが好ましい。 [22] In the differential circuit, it is preferable that the first adjusting transistor and the second adjusting transistor pass a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor.
第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタの素子ばらつきに起因して第1の調整用トランジスタに流れる電流と第2の調整用トランジスタに流れる電流とに差が生じると、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流に影響し、第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタのオフセット電圧が生じる場合がある。 When there is a difference between the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor due to the element variation of the first adjusting transistor and the second adjusting transistor, the third MOS transistor and the third MOS transistor and The current flowing through the 4th MOS transistor may be affected, and the offset voltage of the 3rd MOS transistor and the 4th MOS transistor may be generated.
その点、上記構成によれば、第1の調整用トランジスタに流れる電流及び第2の調整用トランジスタに流れる電流が、第3MOSトランジスタに流れる電流以下となることにより、各調整用トランジスタの素子ばらつきに起因する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流への影響を低減できる。 In that respect, according to the above configuration, the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor are equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor, so that the elements of each adjusting transistor vary. The effect on the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor can be reduced.
〔23〕上記差動回路において、前記電流供給部は、電流源によって前記第1の調整用トランジスタ及び前記第2の調整用トランジスタを、前記第3MOSトランジスタに流れる電流以下の電流を流すようにバイアスすることが好ましい。 [23] In the differential circuit, the current supply unit biases the first adjusting transistor and the second adjusting transistor by a current source so that a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor flows. It is preferable to do so.
上記構成によれば、第1の調整用トランジスタに流れる電流及び第2の調整用トランジスタに流れる電流が、第3MOSトランジスタに流れる電流以下となることにより、各調整用トランジスタの素子ばらつきに起因する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに流れる電流への影響を低減できる。 According to the above configuration, the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor are equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor, which is caused by the element variation of each adjusting transistor. The influence on the current flowing through the 3MOS transistor and the 4th MOS transistor can be reduced.
〔24〕上記差動回路において、前記バックゲートバイアス回路は、複数のMOSトランジスタを含み、前記複数のMOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタであり、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が前記第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタであることが好ましい。 [24] In the differential circuit, the backgate bias circuit includes a plurality of MOS transistors, and the plurality of MOS transistors are high-concentration transistors in which the impurity concentration in the channel region is the first concentration, and the first MOS. The transistor and the second MOS transistor are preferably low-concentration transistors having a second concentration in which the impurity concentration in the channel region is lower than the first concentration.
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易い差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度が差動回路において1/fノイズの影響を受け難いバックゲートバイアス回路を構成する複数のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くなる。このため、移動度の揺らぎを抑制できるため、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。 According to the above configuration, the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor constituting the differential pair which is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit affects the influence of 1 / f noise in the differential circuit. It becomes lower than the impurity concentration in the channel region in a plurality of transistors constituting the backgate bias circuit which is difficult to receive. Therefore, the fluctuation of the mobility can be suppressed, and the fluctuation of the drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
また、バックゲートバイアス回路の複数のMOSトランジスタに高濃度トランジスタが用いられることにより、複数のMOSトランジスタのしきい値電圧のばらつきを抑制できるため、バックゲートバイアス回路が安定して動作できる。 Further, since the high-concentration transistor is used for the plurality of MOS transistors in the backgate bias circuit, the variation in the threshold voltage of the plurality of MOS transistors can be suppressed, so that the backgate bias circuit can operate stably.
〔25〕上記差動回路において、前記第2濃度は、前記第1濃度の約1/2以下であることが好ましい。
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズを効果的に低減できる。
[25] In the differential circuit, the second concentration is preferably about ½ or less of the first concentration.
According to the above configuration, 1 / f noise can be effectively reduced in the differential circuit.
〔26〕上記差動回路において、前記第2濃度は、前記第1濃度の約1/10であることが好ましい。
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズを効果的に低減できる。
[26] In the differential circuit, the second concentration is preferably about 1/10 of the first concentration.
According to the above configuration, 1 / f noise can be effectively reduced in the differential circuit.
〔27〕上記差動回路において、前記能動負荷の前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、前記低濃度トランジスタであることが好ましい。
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易い能動負荷を構成する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタに低濃度トランジスタが用いられることにより、移動度の揺らぎを抑制できるため、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。
[27] In the differential circuit, it is preferable that the third MOS transistor and the fourth MOS transistor of the active load are the low concentration transistors.
According to the above configuration, fluctuations in mobility can be suppressed by using low-concentration transistors for the third MOS transistor and the fourth MOS transistor that form an active load that is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit. Fluctuations in drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
〔28〕上記差動回路において、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易い能動負荷を構成する第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタにおいて埋め込みチャネルによってゲート絶縁膜と半導体基板との界面の影響をチャネル領域が受けることを抑制できる。したがって、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。
[28] In the differential circuit, the third MOS transistor and the fourth MOS transistor are preferably embedded channel type MOS transistors.
According to the above configuration, in the third MOS transistor and the fourth MOS transistor that form an active load that is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit, the influence of the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate by the embedded channel is affected by the channel region. You can suppress receiving. Therefore, the fluctuation of the mobility can be suppressed, and the fluctuation of the drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
〔29〕上記差動回路において、前記差動回路は、能動負荷としてのカスコードカレントミラー回路を含み、前記カスコードカレントミラー回路は、第5MOSトランジスタ、第6MOSトランジスタ、第7MOSトランジスタ、及び第8MOSトランジスタを含み、前記第5MOSトランジスタのドレインは前記第1MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第5MOSトランジスタのソースは前記第2の電源配線に接続され、前記第6MOSトランジスタのドレインは前記第2MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第6MOSトランジスタのソースは前記第2の電源配線に接続され、前記第7MOSトランジスタのソースは、前記第5MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第8MOSトランジスタのソースは、前記第6MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタのゲートは、共通して接続され、所定のバイアス電圧が印加され、前記第5MOSトランジスタ及び前記第6MOSトランジスタは、前記低濃度トランジスタであり、前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタは、前記高濃度トランジスタであることが好ましい。 [29] In the differential circuit, the differential circuit includes a cascode current mirror circuit as an active load, and the cascode current mirror circuit includes a fifth MOS transistor, a sixth MOS transistor, a seventh MOS transistor, and an eighth MOS transistor. Including, the drain of the 5th MOS transistor is connected to the drain of the 1st MOS transistor, the source of the 5th MOS transistor is connected to the 2nd power supply wiring, and the drain of the 6th MOS transistor is connected to the drain of the 2nd MOS transistor. Connected, the source of the 6th MOS transistor is connected to the 2nd power supply wiring, the source of the 7th MOS transistor is connected to the drain of the 5th MOS transistor, and the source of the 8th MOS transistor is the 6th MOS transistor. The 7th MOS transistor and the gate of the 8th MOS transistor are connected in common, a predetermined bias voltage is applied, and the 5th MOS transistor and the 6th MOS transistor are the low concentration transistors. The 7th MOS transistor and the 8th MOS transistor are preferably high-concentration transistors.
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易いカスコードカレントミラー回路の定電流源を構成する第5MOSトランジスタ及び第6MOSトランジスタに低濃度トランジスタが用いられることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。 According to the above configuration, the mobility is increased by using low-concentration transistors for the 5th and 6th MOS transistors that form the constant current source of the cascode current mirror circuit, which is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit. Fluctuations can be suppressed, and fluctuations in the drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
〔30〕上記差動回路において、前記第5MOSトランジスタ及び前記第6MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタであり、前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。 [30] In the differential circuit, the fifth MOS transistor and the sixth MOS transistor may be embedded channel type MOS transistors, and the seventh MOS transistor and the eighth MOS transistor may be surface channel type MOS transistors. preferable.
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易いカスコードカレントミラー回路の定電流源を構成する第5MOSトランジスタ及び第6MOSトランジスタに埋め込みチャネル型のMOSトランジスタが用いられることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。 According to the above configuration, the embedded channel type MOS transistor is used in the 5th MOS transistor and the 6th MOS transistor constituting the constant current source of the cascode current mirror circuit which is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit. Fluctuations in mobility can be suppressed, and fluctuations in drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
〔31〕上記差動回路において、前記複数のMOSトランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。
〔32〕上記差動回路において、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。
[31] In the differential circuit, the plurality of MOS transistors are preferably surface channel type MOS transistors.
[32] In the differential circuit, the first MOS transistor and the second MOS transistor are preferably embedded channel type MOS transistors.
上記構成によれば、差動回路において1/fノイズの影響を受け易い差動対を構成する第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタに埋め込みチャネル型のMOSトランジスタが用いられることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、差動回路の1/fノイズを効果的に低減できる。 According to the above configuration, the mobility fluctuation is caused by using the embedded channel type MOS transistor in the first MOS transistor and the second MOS transistor which form a differential pair which is easily affected by 1 / f noise in the differential circuit. It can be suppressed and the fluctuation of the drain current can be suppressed. Therefore, the 1 / f noise of the differential circuit can be effectively reduced.
〔33〕上記差動回路において、前記第1の制御用トランジスタ及び前記第2の制御用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いことが好ましい。 [33] In the differential circuit, the impurity concentration in the channel region of the first control transistor and the second control transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor. Is preferable.
上記構成によれば、第1の制御用トランジスタ及び第2の制御用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度が高いため、各制御用トランジスタのしきい値電圧のばらつきを抑制でき、第1制御部及び第2制御部が安定して動作できる。 According to the above configuration, since the impurity concentration in the channel region of the first control transistor and the second control transistor is high, variation in the threshold voltage of each control transistor can be suppressed, and the first control unit and the first control unit and the first control transistor can be used. 2 The control unit can operate stably.
〔34〕上記差動回路において、前記第1の制御用トランジスタ及び前記第2の制御用トランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。
〔35〕上記差動回路において、前記第1の調整用トランジスタ及び前記第2の調整用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いことが好ましい。
[34] In the differential circuit, the first control transistor and the second control transistor are preferably surface channel type MOS transistors.
[35] In the differential circuit, the impurity concentration in the channel region of the first adjusting transistor and the second adjusting transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor. Is preferable.
上記構成によれば、第1の調整用トランジスタ及び第2の調整用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度が高いため、各調整用トランジスタのしきい値電圧のばらつきを抑制でき、電流調整部が安定して動作できる。 According to the above configuration, since the impurity concentration in the channel region of the first adjusting transistor and the second adjusting transistor is high, it is possible to suppress the variation in the threshold voltage of each adjusting transistor and stabilize the current adjusting unit. Can work.
〔36〕上記差動回路において、前記第1の調整用トランジスタ及び前記第2の調整用トランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。
〔37〕上記差動回路において、前記第1の供給用トランジスタ、前記第2の供給用トランジスタ、及び前記第3の供給用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いことが好ましい。
[36] In the differential circuit, the first adjusting transistor and the second adjusting transistor are preferably surface channel type MOS transistors.
[37] In the differential circuit, the impurity concentration in the channel region of the first supply transistor, the second supply transistor, and the third supply transistor is the first MOS transistor and the second MOS transistor. It is preferable that the concentration is higher than the impurity concentration in the channel region in.
上記構成によれば、第1~第3の供給用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度が高いため、各供給用トランジスタのしきい値電圧のばらつきを抑制でき、電流供給部が安定して動作できる。 According to the above configuration, since the impurity concentration in the channel region of the first to third supply transistors is high, variation in the threshold voltage of each supply transistor can be suppressed, and the current supply unit can operate stably.
〔38〕上記差動回路において、前記第1の供給用トランジスタ、前記第2の供給用トランジスタ、及び前記第3の供給用トランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであることが好ましい。 [38] In the differential circuit, the first supply transistor, the second supply transistor, and the third supply transistor are preferably surface channel type MOS transistors.
〔39〕上記差動回路はオペアンプとして用いられることが好ましい。 [ 39 ] The differential circuit is preferably used as an operational amplifier.
上記差動回路によれば、出力信号のノイズを低減できる。 According to the differential circuit, the noise of the output signal can be reduced.
以下、差動回路の各実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の各実施形態は、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, each embodiment of the differential circuit will be described with reference to the drawings. Each embodiment shown below exemplifies a configuration and a method for embodying a technical idea, and limits the material, shape, structure, arrangement, dimensions, etc. of each component to the following. is not it. Various modifications can be made to each of the following embodiments.
本明細書において、「部材Aが部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bとが物理的に直接的に接続される場合、並びに、部材A及び部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, and the member A and the member B are electrically connected. This includes the case of being indirectly connected via another member that does not affect the connection state.
同様に、「部材Cが部材Aと部材Bとの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cとが直接的に接続される場合、並びに、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cとが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。 Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and the member A. This includes the case where the member C and the member C, or the member B and the member C are indirectly connected via another member that does not affect the electrical connection state.
(第1実施形態)
図1に示すように、差動回路の一例であるオペアンプ1は、反転入力端子INNと非反転入力端子INPとの電位差を増幅し、出力端子OUTから電圧信号となる出力信号Soutを出力する。オペアンプ1は、差動対10、定電流源11、能動負荷となるカレントミラー回路12、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20を備える。オペアンプ1は、ひとつの半導体基板に一体集積化されている。
(First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the
差動対10は、第1の電源電圧VDDが印加される第1の電源配線2と第2の電源電圧VSSが印加される第2の電源配線3との間に設けられた第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2を含む。第2の電源電圧VSSは、第1の電源電圧VDDとは異なる電圧である。本実施形態では、第2の電源電圧VSSは、第1の電源電圧VDDよりも低い。本実施形態の第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2は、PチャネルMOSFETである。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2は、エンハンスメント型の構造である。第1トランジスタM1のゲートは非反転入力端子INPと接続され、第2トランジスタM2のゲートは反転入力端子INNと接続される。第1トランジスタM1のソース及び第2トランジスタM2のソースは共通に接続されている。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートは共通である。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートは、バイアス端子BIASに接続されている。差動対10は、反転入力端子INN及び非反転入力端子INPのそれぞれの入力電圧Vinn,Vinpに応じた差動電流ID1,ID2を生成する。
The
定電流源11は、第1の電源配線2と差動対10との間に設けられている。定電流源11は、各トランジスタM1,M2のソースに接続されている。本実施形態の定電流源11は、トランジスタを含む。定電流源11のトランジスタは、PチャネルMOSFETである。定電流源11のトランジスタのソースは、第1の電源配線2に接続されて、第1の電源電圧VDDが印加される。
The constant
カレントミラー回路12は、差動対10に接続された第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4を含む。本実施形態の第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソースは第2の電源配線3に接続されて、第2の電源電圧VSSが印加される。第3トランジスタM3のドレイン及びゲートは、第1トランジスタM1のドレインに共通接続されている。第4トランジスタM4のゲートは第3トランジスタM3のゲートに接続され、第4トランジスタM4のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続されている。第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のそれぞれのバックゲートは、第2の電源配線3に接続されている。第4トランジスタM4のドレインと第2トランジスタM2のドレインとの間のノードN1には、出力端子OUTが接続されている。
The
基準電流源13は、定電流源11が定電流Itを生成できるように定電流源11に電流を供給するものである。基準電流源13は、トランジスタを含む。基準電流源13のトランジスタは、PチャネルMOSFETである。基準電流源13のトランジスタのソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタのドレインは第2の電源配線3に接続されている。トランジスタのゲートは定電流源11のトランジスタのゲートに接続され、バイアス回路(図示略)に接続されている。このように基準電流源13のトランジスタは、定電流源11のトランジスタとカレントミラー回路を構成している。
The reference
バックゲートバイアス回路20は、バイアス端子BIAS及び第1の電源配線2に接続され、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートである第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲート(図5DにおけるN型ウェル層39)にバイアス電圧VBを印加する。ここで、図5Dでは、第1トランジスタM1のバックゲートにバイアス電圧VBを印加する態様を簡略化して示している(図5DのBG)が、実際は、第1トランジスタM1のバックゲートにバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域(図示略)がN型ウェル層39に設けられている。
The
図2は、バックゲートバイアス回路20の一例を示すオペアンプ1の回路図である。バックゲートバイアス回路20は、第5トランジスタM5、第6トランジスタM6、第7トランジスタM7、第8トランジスタM8、第9トランジスタM9、及び定電流源21を含む。本実施形態の第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9はPチャネルMOSFETであり、第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7はNチャネルMOSFETである。
FIG. 2 is a circuit diagram of the
第5トランジスタM5及び第6トランジスタM6と、第7トランジスタM7及び第8トランジスタM8と、第9トランジスタM9及び定電流源21とのそれぞれは、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続されている。第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7はカレントミラー回路を構成し、第8トランジスタM8及び第9トランジスタM9はカレントミラー回路を構成している。
The fifth transistor M5 and the sixth transistor M6, the seventh transistor M7 and the eighth transistor M8, the ninth transistor M9 and the constant
より詳細には、第5トランジスタM5のソースは第1の電源配線2に接続され、第5トランジスタM5のドレインは第6トランジスタM6のドレインに接続され、第5トランジスタM5のゲートは第5トランジスタM5のドレインに接続されている。第5トランジスタM5のバックゲートは第5トランジスタM5のソースに接続されている。第5トランジスタM5のドレインと第6トランジスタM6のドレインとの間のノードN2には、バイアス端子BIASが接続されている。第6トランジスタM6のソースは第2の電源配線3に接続され、第6トランジスタM6のゲートは第7トランジスタM7のゲートに接続されている。第7トランジスタM7のソースは第2の電源配線3に接続され、第7トランジスタM7のゲートは第7トランジスタM7のドレインに接続されている。このように第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7はカレントミラー回路を構成している。第7トランジスタM7のドレインは、第8トランジスタM8のドレインに接続されている。第8トランジスタM8のソースは第1の電源配線2に接続されている。第8トランジスタM8のゲートは第9トランジスタM9のゲートに接続されている。第9トランジスタM9のソースは第1の電源配線2に接続され、第9トランジスタM9のドレインは定電流源21に接続され、第9トランジスタM9のゲートは第9トランジスタM9のドレインに接続されている。第9トランジスタM9のバックゲートは第1の電源配線2に接続されている。
More specifically, the source of the 5th transistor M5 is connected to the 1st
定電流源21は、トランジスタを含む。定電流源21のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。定電流源21のトランジスタのドレインは第9トランジスタM9のドレインに接続され、トランジスタのソースは第2の電源配線3に接続され、トランジスタのゲートは基準電流源13のトランジスタのゲートに共通に接続されている。定電流源21のトランジスタ及び基準電流源13のトランジスタはカレントミラー回路を構成している。
The constant
バックゲートバイアス回路20では、第5トランジスタM5による電圧降下、すなわち第1の電源電圧VDDと第5トランジスタM5のゲートソース間電圧Vgsとの差(VDD-Vgs)と、第6トランジスタM6に流れる電流Ibgとによって、バイアス端子BIASに印加する電圧、すなわち第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加される電圧(バイアス電圧VB)が決まる。
In the back
このような構成のオペアンプ1において、出力信号Soutのノイズが小さいことが好ましい。出力信号Soutのノイズは、オペアンプ1に入力されるノイズである入力換算雑音電圧Vn2によって決まる。
In the
出力信号Soutの入力換算雑音電圧Vn2は、次の(式1)で示される。 The input conversion noise voltage Vn 2 of the output signal Sout is represented by the following (Equation 1).
ここで、gm12は差動対10のトランスコンダクタンス、すなわち第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスであり、gm34は能動負荷のトランスコンダクタンス、すなわち第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のトランスコンダクタンスである。Kp及びKnはプロセス固有のノイズパラメータ定数であり、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、Wはチャネル幅であり、Lはチャネル長であり、Coxはゲート酸化膜の容量であり、fは周波数である。
Here, gm12 is the transconductance of the
またトランスコンダクタンスgm(gm12,gm34)は次の(式2)で示される。 Further, the transconductance gm (gm12, gm34) is represented by the following (Equation 2).
上記(式2)において、Vgsはゲートソース間電圧であり、Vthはしきい値電圧であり、μは移動度であり、IDはトランジスタに流すドレイン電流である。移動度μ及び酸化膜容量Coxはプロセス固有のものである。 In the above (Equation 2), Vgs is the gate-source voltage, Vth is the threshold voltage, μ is the mobility, and ID is the drain current flowing through the transistor. The mobility μ and the oxide film volume Cox are process-specific.
上記(式1)から分かるとおり、入力換算雑音電圧Vn2を小さくするためには、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のチャネル幅W及びチャネル長Lの少なくとも一方を大きくすること、トランスコンダクタンスgm34を小さくすること、及びトランスコンダクタンスgm12を大きくすることの少なくとも1つが必要である。また上記(式2)から分かるとおり、トランスコンダクタンスgm34を小さくするためには、チャネル長Lを大きくすること、及びチャネル幅Wを小さくすることの少なくとも一方が必要であり、トランスコンダクタンスgm12を大きくするためには、チャネル幅Wを大きくすること、チャネル長Lを小さくすること、及びドレイン電流IDを増加させることの少なくとも一方が必要である。 As can be seen from the above (Equation 1), in order to reduce the input conversion noise voltage Vn 2 , at least one of the channel width W and the channel length L of the first transistor M1 to the fourth transistor M4 should be increased, and the transconductance gm34. At least one of the smaller and the larger the transistor conductance gm12 is required. Further, as can be seen from the above (Equation 2), in order to reduce the transconductance gm34, at least one of increasing the channel length L and decreasing the channel width W is required, and the transconductance gm12 is increased. For this purpose, it is necessary to increase the channel width W, decrease the channel length L, and increase the drain current ID at least one of them.
第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル幅Wを大きくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル長Lを大きくする場合、素子面積が増加してしまう。そして素子面積が増加すると、寄生容量の増加などのトランジスタの特性劣化の要因となる。一方、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル長Lを小さくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル幅Wを小さくする場合、短チャネル効果や狭チャネル効果によりしきい値電圧が変動してしまう。また第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のドレイン電流ID(Im1,Im2)を増加させる場合、オペアンプ1の消費電流が増加してしまう。
When the channel width W of the first transistor M1 and the second transistor M2 is increased, or when the channel length L of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is increased, the element area increases. When the element area increases, it becomes a factor of deterioration of transistor characteristics such as an increase in parasitic capacitance. On the other hand, when the channel length L of the first transistor M1 and the second transistor M2 is reduced, or when the channel width W of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is reduced, the threshold value is set due to the short channel effect or the narrow channel effect. The voltage fluctuates. Further, when the drain current IDs (Im1 and Im2) of the first transistor M1 and the second transistor M2 are increased, the current consumption of the
このような実情のもと、本願発明者らは鋭意検討の結果、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の基板バイアス効果に着目した。
一般的に基板バイアス効果を考慮したトランジスタのしきい値電圧VTは(式3)で示される。
Under such circumstances, the inventors of the present application have focused on the substrate bias effect of the first transistor M1 and the second transistor M2 as a result of diligent studies.
Generally, the threshold voltage VT of the transistor considering the substrate bias effect is represented by (Equation 3).
ここで、VFBはフラットバンド電圧であり、φbは仕事関数であり、γは基板バイアス係数であり、VSBはソースバックゲート間電圧である。
そして基板バイアス効果を考慮したドレイン電流IDは(式4)で示される。
Here, VFB is a flat band voltage, φb is a work function, γ is a substrate bias coefficient, and VSB is a source-back gate voltage.
The drain current ID in consideration of the substrate bias effect is represented by (Equation 4).
ドレイン電流IDをゲートソース間電圧Vgsで微分した結果がトランジスタのトランスコンダクタンスgmとなるため、(式3)及び(式4)からソースバックゲート間コンダクタンスgmbは(式5)及び(式6)で示される。 Since the result of differentiating the drain current ID with respect to the gate-source voltage Vgs is the transconductance gm of the transistor, the conductance gmb between the source and back gates is expressed in (Equation 5) and (Equation 6) from (Equation 3) and (Equation 4). Shown.
ソースバックゲート間コンダクタンスgmbをトランスコンダクタンスgmで表現すると(式7)のようになる。 When the conductance gmb between source back gates is expressed by the transconductance gm, it becomes as shown in (Equation 7).
一般的に基板バイアス効果を考慮したドレイン電流IDは(式8)で示される。 Generally, the drain current ID in consideration of the substrate bias effect is represented by (Equation 8).
(式8)により、ソースバックゲート間電圧VSBが大きい場合、基板バイアス効果が増加し、トランスコンダクタンスgmが増加することが分かる。
図3は、バックゲートソース間電圧VBSとトランスコンダクタンスgm12との関係を示すシミュレーション結果である。図3から分かるとおり、バックゲートソース間電圧VBSが、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに各トランジスタM1,M2のバックゲートを接続した場合のバックゲートソース間電圧(以下、単に「バックゲートソース間電圧VBSL」と称する)に近づくにつれてトランスコンダクタンスgm12は小さくなる。バックゲートソース間電圧VBSが、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートを第1の電源電圧VDDに接続した場合のバックゲートソース間電圧(以下、単に「バックゲートソース間電圧VBSH」と称する)に近づくにつれてトランスコンダクタンスgm12は大きくなる。そしてバックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSHよりも大きい場合でもバックゲートソース間電圧VBSが大きくなるにつれてトランスコンダクタンスgm12は大きくなる。
From (Equation 8), it can be seen that when the source back gate voltage VSB is large, the substrate bias effect increases and the transconductance gm increases.
FIG. 3 is a simulation result showing the relationship between the back gate source voltage VBS and the transconductance gm12. As can be seen from FIG. 3, the backgate source voltage VBS connects the backgates of the transistors M1 and M2 to the sources of the first transistor M1 and the second transistor M2, and the backgate source voltage (hereinafter, simply “back”). The transistor conduction gm12 becomes smaller as it approaches (referred to as "gate-source voltage VBSL"). Backgate source voltage VBS backgate source voltage when the backgate of the first transistor M1 and second transistor M2 is connected to the first power supply voltage VDD (hereinafter, simply referred to as “backgate source voltage VBSH”). The transconductance gm12 becomes larger as it approaches (referred to as). Even when the backgate-source voltage VBS is larger than the backgate-source voltage VBSH, the transconductance gm12 increases as the backgate-source voltage VBS increases.
このように、トランスコンダクタンスgm12の増加のため、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位と第1の電源電圧VDDとの中間電圧よりも第1の電源電圧VDD側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDよりも高くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。より詳細には、バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることがより好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
As described above, due to the increase in the transconductance gm12, the
図3に示すように、バックゲートソース間電圧VBSHが1.5Vである場合、バックゲートソース間電圧VBSが1.2V以上かつ1.8V以下である(但し、1.5Vを除く)ことが好ましい。より好ましくは、バックゲートソース間電圧VBSが1.4V以上かつ1.6V以下である(但し、1.5Vを除く)。本実施形態では、図2に示すバックゲートバイアス回路20が第1の電源配線2に接続されているため、バックゲートソース間電圧VBSはバックゲートソース間電圧VBSHよりも低くなる。本実施形態では、バックゲートソース間電圧VBSは1.45Vである。
As shown in FIG. 3, when the backgate-source voltage VBSH is 1.5V, the backgate-source voltage VBS may be 1.2V or more and 1.8V or less (excluding 1.5V). preferable. More preferably, the backgate-source voltage VBS is 1.4 V or more and 1.6 V or less (excluding 1.5 V). In the present embodiment, since the
その結果、図4に示すように、本実施形態のバックゲートソース間電圧VBSが第1の電源電圧VDD寄りの場合(グラフG1)は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続した場合(グラフG2)に比べ、1/fノイズ及び熱雑音の両方に起因する入力換算雑音電圧が小さくなる。 As a result, as shown in FIG. 4, when the back gate source voltage VBS of the present embodiment is closer to the first power supply voltage VDD (graph G1), the back gate of the first transistor M1 and the second transistor M2 is changed to the first. Compared with the case of connecting to the source of the 1-transistor M1 and the 2nd transistor M2 (graph G2), the input conversion noise voltage caused by both 1 / f noise and thermal noise becomes smaller.
さらに、本実施形態では、オペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、オペアンプ1の各トランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、オペアンプ1の各トランジスタのうちの他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、オペアンプ1の複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、オペアンプ1の各トランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、オペアンプ1の各トランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。詳細には、オペアンプ1において、差動対10及びカレントミラー回路12が出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易く、定電流源11、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20が出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the
本実施形態では、差動対10及びカレントミラー回路12のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、差動対10及びカレントミラー回路12を構成するトランジスタは、低濃度トランジスタであり、定電流源11、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタは、高濃度トランジスタである。具体的には、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、第3トランジスタM3、及び第4トランジスタM4におけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、第5トランジスタM5、第6トランジスタM6、第7トランジスタM7、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、各トランジスタM1~M4は低濃度トランジスタであり、定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、及び各トランジスタM5~M9は高濃度トランジスタである。
In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of the transistor of the
また、オペアンプ1は、各トランジスタM1~M9が半導体プロセスの微細化技術によって製造されることにより、高い集積度を実現している。各トランジスタM1~M9は、素子分離構造としてSTI(Shallow Trench Isolation)構造が用いられる。
Further, the
図5Aに示すように、NチャネルMOSFETである第6トランジスタM6は、半導体基板としてのP型のシリコン基板30上に成長させられたP型エピタキシャル層31に形成されている。P型エピタキシャル層31の表層部には、P型エピタキシャル層31を複数の領域に分離する浅いトレンチ32が形成されている。トレンチ32には、シリコン酸化膜33が埋め込まれている。トレンチ32(シリコン酸化膜33)の幅は、例えば0.22μmである。そして、P型エピタキシャル層31には、トレンチ32により分離(STI)されたアクティブ領域が形成されている。図5Aに示されるアクティブ領域は、第6トランジスタM6が形成される素子形成領域34である。一方、トレンチ32に対応する領域は、素子分離領域35である。素子分離領域35は、P型ウェル層36及びP型ドリフト層37を含む。P型ウェル層36は、トレンチ32の底部に隣接するように設けられている。P型ドリフト層37は、P型ウェル層36に対してシリコン基板30側にP型ウェル層36と隣接するように設けられている。これにより、より確実な素子分離が達成されている。さらに、素子分離領域35には、P型ドリフト層37に対してシリコン基板30側に深さ方向に間隔を空けてP型埋め込み層(LI)38が形成されている。P型埋め込み層38は、シリコン基板30とP型エピタキシャル層31との境界部に形成されている。
As shown in FIG. 5A, the sixth transistor M6, which is an N-channel MOSFET, is formed on a P-
素子形成領域34は、深いN型ウェル層39(HVNW)及びN型埋め込み層(BL)40を有する。N型ウェル層39は、高耐圧ウェル領域であり、素子分離領域35によって分離されている。N型埋め込み層40は、素子形成領域34においてN型ウェル層39に対してシリコン基板30側に深さ方向に間隔を空けて形成されている。N型埋め込み層40は、シリコン基板30とP型エピタキシャル層31との境界部に形成されている。
The
N型ウェル層39の表層部には、P型ウェル層41がN型ウェル層39に取り囲まれるように形成されている。P型ウェル層41は、P型不純物がドープされた領域である。P型不純物としては、例えばB(ホウ素)などを用いることができる。P型ウェル層41は、P型不純物濃度が例えば1E+17~1E+18cm-3となるようにP型不純物がドープされた領域である。
A P-
P型ウェル層41の表面には、ゲート絶縁膜42が形成されている。ゲート絶縁膜42は、例えばシリコン酸化膜によって構成されている。ゲート絶縁膜42の厚さは、例えば、1~20nmである。
A
ゲート絶縁膜42上には、ゲート電極43が形成されている。ゲート電極43は、例えば、Si,Co,Hf,Zr、Al、Ti、Ta、Moなどからなり、その合金も含む。また、ゲート電極43の厚さは、例えば、50~250nmである。また、P型ウェル層41の表面には、ゲート電極43の側壁を全周に亘って取り囲むサイドウォール44が形成されている。サイドウォール44は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、又はそれらの積層構造からなる。
A
P型ウェル層41には、ゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)を含む一方側(図5Aにおける左側)及び他方側(図5Aにおける右側)に、それぞれN型のソース領域45及びN型のドレイン領域46が形成されている。
The P-
本実施形態において第6トランジスタM6のチャネル領域は、P型ウェル層41のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域45とドレイン領域46との間に配置されている。本実施形態において、第6トランジスタM6のチャネル領域は、P型ウェル層41とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第6トランジスタM6のチャネル領域の不純物濃度は、P型ウェル層41の不純物濃度と同一である。
In the present embodiment, the channel region of the sixth transistor M6 is arranged below the
ソース領域45は、N型不純物が低濃度及び高濃度で二重拡散された構造をなしている。ソース領域45は、N型不純物が低濃度で拡散されたN-型の低濃度ソース領域47と、N型不純物が高濃度で拡散されたN+型の高濃度ソース領域48とを有する。
The
低濃度ソース領域47は、N型不純物濃度が例えば5E+17~5E+18cm-3となるようにN型不純物がドープされた領域であり、P型ウェル層41の表面からその深さ方向に広がり、その一部がゲート絶縁膜42の幅方向の一方側縁部に対向するように形成されている。低濃度ソース領域47の深さは、例えば100~400nmである。
The low-
高濃度ソース領域48は、N型不純物濃度が例えば5E+19~5E+20cm-3となるようにN型不純物がドープされた領域であり、P型ウェル層41の表面からその深さ方向に広がり、サイドウォール44に対して自己整合的に形成されている。高濃度ソース領域48の深さは、例えば50~200nmである。
The high-
ドレイン領域46は、N型不純濃度が低濃度及び高濃度で二重拡散された構造をなしている。ドレイン領域46は、N型不純物が低濃度で拡散されたN-型の低濃度ドレイン領域49と、N型不純物が高濃度で拡散されたN+型の高濃度ドレイン領域50とを有する。
The
低濃度ドレイン領域49は、N型不純物濃度が例えば5E+17~5E+18cm-3となるようにN型不純物がドープされた領域であり、P型ウェル層41の表面からその深さ方向に広がり、その一部がゲート絶縁膜42の幅方向の他方側縁部に対向するように形成されている。低濃度ドレイン領域49の深さは、例えば低濃度ソース領域47の深さと同じである。
The low-
高濃度ドレイン領域50は、N型不純物濃度が例えば5E+19~5E+20cm-3となるようにN型不純物がドープされた領域であり、P型ウェル層41の表面からその深さ方向に広がり、サイドウォール44に対して自己整合的に形成されている。高濃度ドレイン領域50の深さは、高濃度ソース領域48の深さと同じである。
The high-
シリコン基板30上には、絶縁膜としての第1絶縁層51及び第2絶縁層52がこの順に積層されている。
第1絶縁層51は、P型エピタキシャル層31の表面及びサイドウォール44の側面に形成された膜53と、膜53上に形成された第1層間絶縁膜54とを有する。膜53は、例えば窒化シリコン(SiN)からなる。第1層間絶縁膜54は、例えば酸化シリコン(SiO2)からなる。膜53の厚さは例えば10~100nmであり、第1層間絶縁膜54の厚さは例えば300~500nmである。
The first insulating
The first insulating
第2絶縁層52は、酸化シリコン(SiO2)からなる単層膜である。第2絶縁層52の厚さは、例えば100~300nmである。
第1絶縁層51及び第2絶縁層52においてソース領域45及びドレイン領域46に対向する部分には、これらを連続して貫通するソースコンタクトホール55及びドレインコンタクトホール56が形成されている。
The second insulating
A
ソースコンタクトホール55には、ソースコンタクトプラグ57が埋設されている。ソースコンタクトプラグ57は、W/TiN/Tiの積層構造からなり、ソース領域45に接触(コンタクト)している。そして第2絶縁層52上には、ソースコンタクトプラグ57と一体をなす、Al/TiN/Tiの積層構造からなるソース配線58が形成されている。
A
ドレインコンタクトホール56には、ドレインコンタクトプラグ59が埋設されている。ドレインコンタクトプラグ59は、W/TiN/Tiの積層構造からなり、ドレイン領域46に接触(コンタクト)している。そして第2絶縁層52上には、ドレインコンタクトプラグ59と一体をなす、Al/TiN/Tiの積層構造からなるドレイン配線60が形成されている。またゲート電極43には、ゲート配線61が接続されている。なお、第7トランジスタM7も第6トランジスタM6と同様の構成である。
A
図5Bに示すように、NチャネルMOSFETである第3トランジスタM3は、第6トランジスタM6と同様に、P型エピタキシャル層31の表層部に形成されている。図5Bに示されるP型エピタキシャル層31においてトレンチ32により分離(STI)されたアクティブ領域は、第3トランジスタM3が形成される素子形成領域34である。第3トランジスタM3は、第3トランジスタM3のバックゲートが第3トランジスタM3のソースに接続された点、及びP型ウェル層62の不純物濃度以外は、第6トランジスタM6と同一構造である。第3トランジスタM3のN型ウェル層39には、バックゲートに電圧を印加するためのコンタクト領域(図示略)が形成されている。
As shown in FIG. 5B, the third transistor M3, which is an N-channel MOSFET, is formed on the surface layer portion of the P-
第3トランジスタM3のP型ウェル層62は、P型エピタキシャル層31において第3トランジスタM3が形成される素子形成領域34に形成されている。P型ウェル層62の深さ及び幅は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の深さ及び幅と概ね同じである。一方、P型ウェル層62のP型不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度よりも低い。詳細には、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度は、スケーリング則(比例縮小則)に沿ったP型不純物濃度である。第3トランジスタM3のP型ウェル層62のP型不純物濃度は、スケーリング則に沿ったP型不純物濃度よりも低い。P型ウェル層62のP型不純物濃度は、P型不純物濃度の低下に起因して素子特性が過度にずれない範囲で極力低いことが好ましい。一例では、P型ウェル層62のP型不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、P型ウェル層62のP型不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度の約1/10である。本実施形態のP型ウェル層62のP型不純物濃度は、1E+16~1E+17cm-3である。
The P-
本実施形態において第3トランジスタM3のチャネル領域は、P型ウェル層62のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域45とドレイン領域46との間に配置されている。本実施形態において、第3トランジスタM3のチャネル領域は、P型ウェル層62とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第3トランジスタM3のチャネル領域の不純物濃度は、P型ウェル層62の不純物濃度と同一である。また、第4トランジスタM4は、第3トランジスタM3と同様の構成である。
In the present embodiment, the channel region of the third transistor M3 is arranged below the
図5Cに示すように、PチャネルMOSFETである第8トランジスタM8は、第6トランジスタM6と同様に、P型エピタキシャル層31の表層部に形成されている。図5Cに示されるP型エピタキシャル層31においてトレンチ32により分離(STI)されたアクティブ領域は、第8トランジスタM8が形成される素子形成領域34である。
As shown in FIG. 5C, the eighth transistor M8, which is a P-channel MOSFET, is formed on the surface layer portion of the P-
素子形成領域34には、N型ウェル層63を有する。N型ウェル層63は、N型ウェル層39の表層部においてN型ウェル層39に取り囲まれるように形成されている。N型ウェル層63は、N型不純物がドープされた領域である。N型不純物としては、例えばP(リン)などを用いることができる。N型ウェル層63は、N型不純物濃度が例えば1E+17~1E+18cm-3となるようにN型不純物がドープされた領域である。
The
N型ウェル層63の表面には、第6トランジスタM6と同様に、ゲート絶縁膜42が形成され、ゲート絶縁膜42上には、ゲート電極43が形成されている。ゲート絶縁膜42及びゲート電極43の材料及び厚さは、第6トランジスタM6のゲート絶縁膜42及びゲート電極43と同じである。また、N型ウェル層63の表面には、ゲート電極43の側壁を全周に亘って取り囲むサイドウォール44が形成されている。サイドウォール44は、例えば、酸化シリコンからなる。
Similar to the sixth transistor M6, a
N型ウェル層63には、ゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)を含む一方側(図5Cにおける左側)及び他方側(図5Cにおける右側)に、それぞれP型のソース領域64及びP型のドレイン領域65が形成されている。
The N-
本実施形態において第8トランジスタM8のチャネル領域は、N型ウェル層63のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域64とドレイン領域65との間に配置されている。本実施形態において、第8トランジスタM8のチャネル領域は、N型ウェル層63とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第8トランジスタM8のチャネル領域の不純物濃度は、N型ウェル層63の不純物濃度と同一である。
In the present embodiment, the channel region of the eighth transistor M8 is arranged below the
ソース領域64は、P型不純濃度が低濃度及び高濃度で二重拡散された構造をなしている。ソース領域64は、P型不純物が低濃度で拡散されたP-型の低濃度ソース領域66と、P型不純物が高濃度で拡散されたP+型の高濃度ソース領域67とを有する。
The
低濃度ソース領域66は、P型不純物濃度が例えば5E+17~5E+18cm-3となるようにP型不純物がドープされた領域であり、N型ウェル層63の表面からその深さ方向に広がり、その一部がゲート絶縁膜42の幅方向の一方側縁部に対向するように形成されている。低濃度ソース領域66の深さは、例えば50~300nmである。
The low-
高濃度ソース領域67は、P型不純物濃度が例えば1E+19~1E+20cm-3となるようにP型不純物がドープされた領域であり、N型ウェル層63の表面からその深さ方向に広がり、サイドウォール44に対して自己整合的に形成されている。高濃度ソース領域67の深さは、例えば50~150nmである。
The high-
ドレイン領域65は、P型不純濃度が低濃度及び高濃度で二重拡散された構造をなしている。ドレイン領域65は、P型不純物が低濃度で拡散されたP-型の低濃度ドレイン領域68と、P型不純物が高濃度で拡散されたP+型の高濃度ドレイン領域69とを有する。
The
低濃度ドレイン領域68は、P型不純物濃度が例えば5E+17~5E+18cm-3となるようにP型不純物がドープされた領域であり、N型ウェル層63の表面からその深さ方向に広がり、その一部がゲート絶縁膜42の幅方向の他方側縁部に対向するように形成されている。低濃度ドレイン領域68の深さは、例えば低濃度ソース領域66の深さと同じである。
The low-
高濃度ドレイン領域69は、P型不純物濃度が例えば1E+19~1E+20cm-3となるようにP型不純物がドープされた領域であり、N型ウェル層63の表面からその深さ方向に広がり、サイドウォール44に対して自己整合的に形成されている。高濃度ドレイン領域69の深さは、高濃度ソース領域67の深さと同じである。
The high-
P型エピタキシャル層31上には、絶縁膜としての第1絶縁層51及び第2絶縁層52がこの順に積層されている。第1絶縁層51及び第2絶縁層52には、ソースコンタクトホール55及びドレインコンタクトホール56が形成され、ソースコンタクトプラグ57及びドレインコンタクトプラグ59がそれぞれ埋設されている。第8トランジスタM8の第1絶縁層51、第2絶縁層52、ソースコンタクトホール55、ドレインコンタクトホール56、ソースコンタクトプラグ57、及びドレインコンタクトプラグ59は、第6トランジスタM6の第1絶縁層51、第2絶縁層52、ソースコンタクトホール55、ドレインコンタクトホール56、ソースコンタクトプラグ57、及びドレインコンタクトプラグ59と同じ構造である。なお、定電流源11のMOSトランジスタ、第5トランジスタM5、及び第9トランジスタM9は、第8トランジスタM8と同様の構造である。但し、第9トランジスタM9は、そのバックゲートが第9トランジスタM9のソース(第1の電源配線2)に接続されている点、及びバックゲートに電圧を印加するためのコンタクト領域がN型ウェル層39に設けられている点が異なる。
The first insulating
図5Dに示すように、PチャネルMOSFETである第1トランジスタM1は、第8トランジスタM8と同様に、P型エピタキシャル層31の表層部に形成されている。第1トランジスタM1は、第1トランジスタM1のバックゲートがバイアス端子BIASを介してバックゲートバイアス回路20に接続される点、及びN型ウェル層70の不純物濃度以外は、第8トランジスタM8と同一構造である。また図示していないが、N型ウェル層39には、バックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域が設けられている。
As shown in FIG. 5D, the first transistor M1 which is a P-channel MOSFET is formed on the surface layer portion of the P-
第1トランジスタM1のN型ウェル層70は、P型エピタキシャル層31において第1トランジスタM1が形成される素子形成領域34に形成されている。N型ウェル層70の深さ及び幅は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の深さ及び幅と概ね同じである。一方、N型ウェル層70のN型不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度よりも低い。詳細には、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度は、スケーリング則(比例縮小則)に沿ったN型不純物濃度である。第1トランジスタM1のN型ウェル層70のN型不純物濃度は、スケーリング則に沿ったN型不純物濃度よりも低い。N型ウェル層70のN型不純物濃度は、N型不純物濃度の低下に起因して素子特性が過度にずれない範囲で極力低いことが好ましい。素子特性が過度にずれない範囲とは、例えばしきい値電圧がずれてカレントミラー回路12の機能が成り立たなくなってしまうN型不純物濃度の上限値よりも高い濃度である。一例では、N型ウェル層70のN型不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、N型ウェル層70のN型不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度の約1/10である。本実施形態のN型ウェル層70のP型不純物濃度は、1E+16~1E+17cm-3である。
The N-
本実施形態において第1トランジスタM1のチャネル領域は、N型ウェル層70のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域64とドレイン領域65との間に配置されている。本実施形態において、第1トランジスタM1のチャネル領域は、N型ウェル層70とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第1トランジスタM1のチャネル領域の不純物濃度は、N型ウェル層70の不純物濃度と同一である。また、第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同一構造である。
In the present embodiment, the channel region of the first transistor M1 is arranged below the
〔トランジスタの製造方法〕
図6A~図6Mを参照して、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の製造方法について説明する。なお、図6A~図6Mでは、説明の便宜上、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が隣り合うように形成されたと仮定している。
[Transistor manufacturing method]
A method for manufacturing the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 will be described with reference to FIGS. 6A to 6M. In FIGS. 6A to 6M, for convenience of explanation, it is assumed that the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 are formed so as to be adjacent to each other.
これらトランジスタの製造方法は、エピタキシャル層形成工程(図6A)、アイソレーション形成工程(図6B及び図6C)、ウェル形成工程(図6D~図6G)、ゲート形成工程(図6H及び図6I)、ソース・ドレイン形成工程(図6J~図6L)、及び配線工程(図6M)を有する。 Methods for manufacturing these transistors include an epitaxial layer forming step (FIG. 6A), an isolation forming step (FIGS. 6B and 6C), a well forming step (FIGS. 6D to 6G), and a gate forming step (FIGS. 6H and 6I). It has a source / drain forming step (FIG. 6J to FIG. 6L) and a wiring step (FIG. 6M).
図6Aに示すように、P型のシリコン基板30が準備され、例えば熱酸化法によって、シリコン基板30の表面上に熱酸化膜71が形成される。次に、シリコン基板30の表面に対して、N型埋め込み層40のためのイオン注入が行われる。例えば、N型不純物イオンとして砒素イオンが注入される。その後、注入したイオンを活性化するためのドライブ処理(熱処理)が実行される。次に、P型埋め込み層38のためのイオン注入が行われる。例えば、P型不純物イオンとしてボロンが注入される。
As shown in FIG. 6A, a P-shaped
そしてシリコン基板30上にP型エピタキシャル層31が成長させられる。具体的には、P型不純物(例えばボロン)を添加しながら、シリコン結晶がエピタキシャル成長させられる。P型エピタキシャル層31の厚さは例えば5μm程度とされる。このエピタキシャル成長の際の熱によって、シリコン基板30に注入されたN型不純物及びP型不純物がシリコン基板30及びP型エピタキシャル層31内に拡散する。これにより、シリコン基板30とP型エピタキシャル層31との境界部にP型埋め込み層38及びN型埋め込み層40が形成される。
Then, the P-
図6Bに示すように、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、熱酸化膜71の全域を被覆するように窒化膜72が形成され、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングにより、窒化膜72及び熱酸化膜71にトレンチ32を形成すべき領域を露出させる開口73が選択的に形成される。次に、窒化膜72及び熱酸化膜71をマスクとするエッチングにより、P型エピタキシャル層31の不要な部分が除去されてトレンチ32が形成される。次に、例えば熱酸化法によって、トレンチ32の側面及び底面に薄いライナー酸化膜(図示略)が形成される。次に、例えばCVD法によって、トレンチ32を埋めて窒化膜72の全域を被覆するように酸化シリコンからなる絶縁膜74(酸化シリコン膜)が形成される。
As shown in FIG. 6B, the
次に、図6Cに示すように、トレンチ32に絶縁体となるシリコン酸化膜33が埋め込まれる。これにより、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8を形成するための素子形成領域34を区画する素子分離領域35が形成される。そして、窒化膜72及び熱酸化膜71がエッチングによって順に除去される。
Next, as shown in FIG. 6C, a
図6Dに示すように、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8を形成するための素子形成領域34のそれぞれには、高耐圧のN型ウェル層39が形成される。具体的には、素子形成領域34のそれぞれにN型不純物イオンが注入される。
As shown in FIG. 6D, a high withstand voltage N-
図6Eに示すように、素子分離領域35のそれぞれには、P型ドリフト層37が形成される。具体的には、素子分離領域35のそれぞれにP型不純物イオンが注入される。例えばP型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。その後、熱処理としてアニール処理が行われ、注入されたN型不純物イオン及びP型不純物イオンが活性化される。
As shown in FIG. 6E, a P-
図6Fに示すように、第6トランジスタM6に対応する素子形成領域34のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層41が形成され、第8トランジスタM8に対応する素子形成領域34の表層部にはN型ウェル層63が形成される。具体的には、第6トランジスタM6の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。つまり、半導体基板であるシリコン基板30において第6トランジスタM6が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第6トランジスタM6が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばP型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。次に、第8トランジスタM8の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第6トランジスタM6の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。つまり、シリコン基板30において第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第6トランジスタM6が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第8トランジスタM8が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばN型不純物イオンとしては砒素イオン及びリンイオンが用いられる。なお、本実施形態では、第6トランジスタM6のP型ウェル層41が形成された後、第8トランジスタM8のN型ウェル層63が形成されたが、第8トランジスタM8のN型ウェル層63が形成された後、第6トランジスタM6のP型ウェル層41が形成されてもよい。
As shown in FIG. 6F, a P-
図6Gに示すように、第3トランジスタM3のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層62が形成され、第1トランジスタM1のN型ウェル層39の表層部にはN型ウェル層70が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。つまり、半導体基板であるシリコン基板30において第3トランジスタM3が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第3トランジスタM3が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばP型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。ここで、第3トランジスタM3のP型ウェル層41のP型不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度よりも低くなるようにイオン注入を行う。例えば、第3トランジスタM3のP型ウェル層62のP型不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度の約1/2以下となるようにイオン注入を行う。好ましくは、第3トランジスタM3のP型ウェル層62のP型不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度の約1/10となるようにイオン注入を行う。
As shown in FIG. 6G, a P-
次に、第1トランジスタM1の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。つまり、半導体基板であるシリコン基板30において第1トランジスタM1が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第1トランジスタM1が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばN型不純物イオンとしては砒素イオン及びリンイオンが用いられる。ここで、第1トランジスタM1のN型ウェル層70のN型不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度よりも低くなるようにイオン注入を行う。例えば、第1トランジスタM1のN型ウェル層70のN型不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度の約1/2以下となるようにイオン注入を行う。好ましくは、第1トランジスタM1のN型ウェル層70のN型不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63のN型不純物濃度の約1/10となるようにイオン注入を行う。なお、本実施形態では、第3トランジスタM3のP型ウェル層62が形成された後、第1トランジスタM1のN型ウェル層70が形成されたが、第1トランジスタM1のN型ウェル層70が形成された後、第3トランジスタM3のP型ウェル層62が形成されてもよい。
Next, the ion implantation mask (not shown) having an opening that exposes the
図6Hに示すように、P型エピタキシャル層31の各素子形成領域34における表面には、例えば熱酸化法によって熱酸化膜75が形成される。次に、熱酸化膜75及びシリコン酸化膜33を被覆するようにポリシリコン膜76が形成される。
As shown in FIG. 6H, a
図6Iに示すように、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングにより、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34には、熱酸化膜75及びポリシリコン膜76の不要な部分が除去されて所定の形状にパターニングされたゲート絶縁膜42及びゲート電極43が形成される。そして、例えばCVD法によりP型エピタキシャル層31上に窒化膜/酸化膜の積層膜(図示略)が形成された後、選択的にエッチングされて各ゲート電極43の側面にサイドウォール44が形成される。
As shown in FIG. 6I, for example, by photolithography and etching, the
図6Jに示すように、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34に低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成され、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34に低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成される。具体的には、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えば、P型不純物イオンとしてはBF2イオンが用いられる。なお、本実施形態では、低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成された後、低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成されたが、低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成された後、低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成されてもよい。
As shown in FIG. 6J, a low
図6Kに示すように、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34に高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成され、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34に高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成される。具体的には、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。例えば、N型不純物イオンとしては砒素イオンが用いられる。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えば、P型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。なお、本実施形態では、高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成された後、高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成されたが、高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成された後、高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成されてもよい。
As shown in FIG. 6K, the high-
図6Lに示すように、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34に形成された高濃度ソース領域48、高濃度ドレイン領域50、及びゲート電極43の表面にシリサイド層77が形成される。また第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34に形成された高濃度ソース領域67、高濃度ドレイン領域69、及びゲート電極43の表面にシリサイド層77が形成される。具体的には、P型エピタキシャル層31の方面に例えばPVD法によってコバルト膜(図示略)が形成された後、加熱処理が行われる。これにより、各素子形成領域34における高濃度ソース領域48、67、高濃度ドレイン領域50、69、及びゲート電極43のコバルト膜がシリサイド層77に変化する一方、各素子分離領域35におけるシリコン酸化膜33上のコバルト膜はコバルトのままとなる。そして、例えば薬液処理によって各シリコン酸化膜33上のコバルトが選択的に除去される。
As shown in FIG. 6L, a
図6Mに示すように、第1絶縁層51、第2絶縁層52、ソース配線58、及びドレイン配線60が形成される。具体的には、例えばCVD法によってP型エピタキシャル層31上に窒化膜及び酸化膜が連続して積層されて膜53及び第1層間絶縁膜54が形成される。そして例えばCMP処理によって第1層間絶縁膜54が研磨される。次に、第1層間絶縁膜54上に酸化シリコン膜としての第2絶縁層52が積層するように形成される。次に、フォトリソグラフィ及びエッチングによって各素子形成領域34には、第2絶縁層52及び第1絶縁層51にソースコンタクトホール55及びドレインコンタクトホール56が形成され、ソースコンタクトプラグ57、ドレインコンタクトプラグ59、ソース配線58、及びドレイン配線60の材料であるTi/TiN/Alが第2絶縁層52上に堆積される。そしてフォトリソグラフィ及びエッチングによってTi/TiN/Al積層膜がパターニングされてソースコンタクトプラグ57、ドレインコンタクトプラグ59、ソース配線58、及びドレイン配線60が形成される。またゲート配線61(図6Mでは図示略)が形成される。以上により、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が製造される。
As shown in FIG. 6M, the first insulating
なお、第2トランジスタM2は第1トランジスタM1と同様に製造され、第4トランジスタM4は第3トランジスタM3と同様に製造される。また、第7トランジスタM7は第6トランジスタM6と同様に製造され、第5トランジスタM5、第9トランジスタM9、定電流源11のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタは第8トランジスタM8と同様に製造される。また、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2とは同時に形成され、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4とは同時に形成される。また第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、第9トランジスタM9、定電流源11のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタは同時に形成される。
The second transistor M2 is manufactured in the same manner as the first transistor M1, and the fourth transistor M4 is manufactured in the same manner as the third transistor M3. Further, the 7th transistor M7 is manufactured in the same manner as the 6th transistor M6, and the 5th transistor M5, the 9th transistor M9, the transistor of the constant
図7A,図7B,図8を参照して、本実施形態のオペアンプ1のトランジスタの不純物濃度と出力信号Soutのノイズとの関係について説明する。なお、図7A及び図7Bは、ゲート電極43とチャネル領域との界面における原子配列を模式的に示す図であり、図7Aは、チャネル領域の不純物濃度が低い場合の電子の動きの一例を示し、図7Bは、チャネル領域の不純物濃度が高い場合の電子の動きの一例を示す。言い換えれば、図7Bは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタのチャネル領域の電子の動きの一例を示し、図7Aは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタのチャネル領域の電子の動きの一例を示している。なお、図7A及び図7Bにおける網掛けの円は不純物である。
The relationship between the impurity concentration of the transistor of the
差動回路のロジック集積度の向上のため、トランジスタの微細化が行われている。例えば、各トランジスタM1~M9の最小寸法のサイズは、0.05~10μmであると好ましく、本実施形態では例えば0.13μmである。このようなトランジスタの微細化に伴い、差動回路の出力信号の1/fノイズ(フリッカノイズ)が大きくなる場合がある。 Transistors have been miniaturized in order to improve the logic integration of differential circuits. For example, the size of the minimum dimension of each transistor M1 to M9 is preferably 0.05 to 10 μm, and in this embodiment, for example, 0.13 μm. With the miniaturization of such transistors, 1 / f noise (flicker noise) of the output signal of the differential circuit may increase.
本願発明者らは、出力信号の1/fノイズがドレイン電流の揺らぎに起因し、当該ドレイン電流の揺らぎはトランジスタの移動度の揺らぎに起因していることに着目した。また、上記移動度の揺らぎの一因として、チャネル領域の不純物濃度に着目した。 The inventors of the present application have focused on the fact that the 1 / f noise of the output signal is caused by the fluctuation of the drain current, and the fluctuation of the drain current is caused by the fluctuation of the mobility of the transistor. In addition, we focused on the impurity concentration in the channel region as one of the causes of the fluctuation of the mobility.
詳述すると、図7A及び図7Bに示すように、電子は不純物との散乱を受けながら、移動するため、チャネル領域の不純物濃度が高い場合の電子の移動軌跡(図7Bの矢印)は、チャネル領域の不純物濃度が低い場合の電子の移動軌跡(図7Aの矢印)よりも複雑になる。このため、チャネル領域の不純物濃度が高い場合の移動度の揺らぎは、チャネル領域の不純物濃度が低い場合の移動度の揺らぎよりも大きくなる。 More specifically, as shown in FIGS. 7A and 7B, the electrons move while being scattered with impurities, so that the electron movement locus (arrow in FIG. 7B) when the impurity concentration in the channel region is high is the channel. It is more complicated than the electron movement locus (arrow in FIG. 7A) when the impurity concentration in the region is low. Therefore, the mobility fluctuation when the impurity concentration in the channel region is high is larger than the mobility fluctuation when the impurity concentration in the channel region is low.
特に、通常、トランジスタの微細化を行う場合には、各トランジスタのショートチャネル効果を抑制するため、スケーリング則に基づいてチャネル領域の不純物濃度を高くすることが想定される。すると、不純物との散乱が生じ易く、移動度の揺らぎが大きくなり易い。 In particular, usually, when miniaturizing a transistor, it is assumed that the impurity concentration in the channel region is increased based on the scaling law in order to suppress the short channel effect of each transistor. Then, scattering with impurities is likely to occur, and the mobility fluctuation is likely to be large.
そこで、本願発明者らは、差動回路を構成する複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くすることにより、移動度の揺らぎを小さくすることを知見した。すなわち本願発明者らは、差動回路の複数のトランジスタが、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含むことにより、移動度の揺らぎを小さくすることを知見した。 Therefore, the inventors of the present application set the impurity concentration in the channel region of some of the plurality of transistors constituting the differential circuit lower than the impurity concentration in the channel region of the other transistors to obtain the mobility. It was found that the fluctuation of the That is, the inventors of the present application have a high concentration transistor in which the impurity concentration in the channel region is the first concentration and a low concentration in which the impurity concentration in the channel region is a second concentration lower than the first concentration. It was found that the fluctuation of the mobility is reduced by including the concentration transistor.
また、本実施形態では、オペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いバックゲートバイアス回路20を構成する複数のトランジスタ、定電流源11のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度を比較的高くした。一方、本実施形態では、オペアンプ1を構成するトランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度をスケーリング則に拠らず、比較的低い不純物濃度にした。具体的には、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度(第2濃度)を、第5トランジスタM5~第9トランジスタM9、定電流源11,21のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度(第1濃度)の約1/10とした。これにより、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタの移動度の揺らぎが小さくなる。
Further, in the present embodiment, among the transistors constituting the
図8の破線のグラフG3は、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度が、第5トランジスタM5~第9トランジスタM9、定電流源11,21のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度と等しい場合の入力換算雑音電圧を示している。図8の一点鎖線のグラフG4は、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度が、第5トランジスタM5~第9トランジスタM9、定電流源11,21のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度の約1/2の場合の入力換算雑音電圧を示している。図8の実線のグラフG5は、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度が、第5トランジスタM5~第9トランジスタM9、定電流源11,21のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度の約1/10の場合の入力換算雑音電圧を示している。図8のグラフG3~G5から分かるとおり、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度が低くなるにつれて入力換算雑音電圧、すなわち出力信号Soutの1/fノイズが低減される。
In the graph G3 of the broken line in FIG. 8, the impurity concentrations of the P-
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1-1)バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲート(第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のN型ウェル層39におけるバックゲートにバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。これにより、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、チャネル長Lやチャネル幅Wを大きくすることなく、すなわち素子面積を増大させることなく、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1-1) The
特に本実施形態のバックゲートバイアス回路20は、第1の電源配線2に接続されるものの、第5トランジスタM5によってバイアス電圧VBが第1の電源電圧VDDよりも僅かに低くなる。このため、第1の電源配線2のノイズがバイアス電圧VBに影響を与えることを抑制できる。このため、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートが第1の電源配線2に直接接続された構成に比べ、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
In particular, although the
(1-2)バックゲートバイアス回路20は、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDよりも大きくすることにより、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が一層大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
(1-2) In the back
(1-3)バイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧未満に設定することにより、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2が安定して動作できる。 (1-3) By setting the bias voltage VB to a voltage lower than the voltage at which the parasitic diodes of the first transistor M1 and the second transistor M2 are turned on, the first transistor M1 and the second transistor M2 can operate stably.
(1-4)バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2が安定して動作できる。特に、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近となるため、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2がより安定して動作できる。 (1-4) By setting the bias voltage VB to a voltage other than the same voltage as the first power supply voltage VDD within a predetermined range including the first power supply voltage VDD, the backgate-source voltage VBS becomes large. Therefore, the transconductance gm12 of the first transistor M1 and the second transistor M2 becomes large, and the first transistor M1 and the second transistor M2 can operate stably. In particular, by setting the bias voltage VB to a voltage other than the voltage within ± 20% of the first power supply voltage VDD, which is the same as the first power supply voltage VDD, the backgate source voltage VBS becomes the backgate source. Since the inter-voltage voltage is near VBSH, the transconductance gm12 of the first transistor M1 and the second transistor M2 becomes large, and the first transistor M1 and the second transistor M2 can operate more stably.
(1-5)オペアンプ1の差動対10を構成する第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のP型ウェル層62の不純物濃度がバックゲートバイアス回路20を構成する第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7のP型ウェル層41よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1において出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い差動対10を構成する各トランジスタM1,M2のP型ウェル層62の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1の1/fノイズを効果的に低減できる。
(1-5) The impurity concentration of the P-
一方、バックゲートバイアス回路20に含まれる複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタには、安定したしきい値電圧が求められる。このような安定したしきい値電圧が求められるトランジスタに対して各トランジスタM1,M2のような低濃度のトランジスタが用いられると、バックゲートバイアス回路20の動作が不安定なものとなってしまう恐れがある。
On the other hand, a stable threshold voltage is required for the plurality of transistors M5 to M9 and the transistors of the constant
そこで、本実施形態のバックゲートバイアス回路20の第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9のN型ウェル層63の不純物濃度並びに第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7のP型ウェル層41の不純物濃度を相対的に高くすることにより、各トランジスタM5~M9のしきい値電圧の変動を抑制できる。これにより、バックゲートバイアス回路20の動作の安定化を図ることができる。
Therefore, the impurity concentration of the N-
このようにオペアンプ1においては、各トランジスタM1,M2のような低濃度のトランジスタと、各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタのような高濃度のトランジスタとの双方が存在していることにより、1/fノイズを効果的に低減しつつ、オペアンプ1の動作の安定化を図ることができる。
As described above, in the
(1-6)オペアンプ1のカレントミラー回路12を構成する第4トランジスタM4及び第3トランジスタM3のチャネル領域の不純物濃度がバックゲートバイアス回路20を構成する第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9のチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1において出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM4,M3のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1の1/fノイズを効果的に低減できる。
(1-6) The fifth transistor M5 , the eighth transistor M8, in which the impurity concentration in the channel region of the fourth transistor M4 and the third transistor M3 constituting the
(1-7)定電流源11のトランジスタと、基準電流源13のトランジスタと、バックゲートバイアス回路20を構成する第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9とは、同一導電型のMOSFET(PチャネルMOSFET)であり、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63と、基準電流源13のトランジスタのN型ウェル層63と、各トランジスタM5,M8,M9のN型ウェル層63とが同じ不純物濃度である。この構成によれば、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、基準電流源13のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタM5,M8,M9のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができるため、オペアンプ1を製造する工程を簡略化することができる。
(1-7) The transistor of the constant
(1-8)バックゲートバイアス回路20を構成する第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7のP型ウェル層41と、定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41とが同じ不純物濃度である。このため、第6トランジスタM6のP型ウェル層41を形成する工程と、第7トランジスタM7のP型ウェル層41を形成する工程と、定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができるため、オペアンプ1を製造する工程を簡略化することができる。
(1-8) The P-
(第1実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1は、以下のように変更できる。
・図1に示すオペアンプ1は、図9に示すオペアンプ1のように変更できる。図9のオペアンプ1は、オペアンプ1を構成する各トランジスタの導電型が主に異なる。
(Variation example of the first embodiment)
The
The
差動対10の第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2、並びに定電流源11のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。定電流源11のトランジスタのソースは第2の電源配線3に接続され、定電流源11のトランジスタのドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続されている。
The first transistor M1 and the second transistor M2 of the
カレントミラー回路12の第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4は、PチャネルMOSFETである。第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソースは、第1の電源配線2に接続され、第3トランジスタM3のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第4トランジスタM4のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続されている。
The
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートと、第2の電源配線3とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位と第2の電源電圧VSSとの中間電圧よりも第2の電源電圧VSS側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSよりも低くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第2の電源電圧VSSよりも低いとよい。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSを含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSの±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。この構成によれば、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
The
また、図9のオペアンプ1においては、図1のオペアンプ1と同様に、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度を、定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度よりも低くしている。これにより、図9のオペアンプ1においても、図1のオペアンプ1の(1-5)~(1-8)の効果と同様の効果が得られる。
Further, in the
(第2実施形態)
図1及び図10A~図12Bを参照して、第2実施形態のオペアンプ1について説明する。本実施形態のオペアンプ1は、第1実施形態のオペアンプ1に比べ、オペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズを低減するためのトランジスタの構造が異なる。
(Second Embodiment)
The
図10Aに示すように、本実施形態の第3トランジスタM3は、第3トランジスタM3のバックゲートが第3トランジスタM3のソースに接続された点、及び埋め込みチャネル型に変更された点以外は、第1実施形態の第6トランジスタM6(図5A参照)と同一構造である。すなわち本実施形態の第3トランジスタM3におけるP型ウェル層78のP型不純物濃度は、第1実施形態の第3トランジスタM3におけるP型ウェル層62(図5B参照)のP型不純物濃度とは異なり、第6トランジスタM6のP型ウェル層41(図5A参照)のP型不純物濃度と同じである。また第3トランジスタM3のN型ウェル層39には、バックゲートに電圧を印加するためのコンタクト領域(図示略)が形成されている。
As shown in FIG. 10A, the third transistor M3 of the present embodiment is the third transistor M3 except that the back gate of the third transistor M3 is connected to the source of the third transistor M3 and the third transistor M3 is changed to the embedded channel type. It has the same structure as the sixth transistor M6 (see FIG. 5A) of the first embodiment. That is, the P-type impurity concentration of the P-
P型ウェル層78においてゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)には、埋め込みチャネル層79が形成されている。埋め込みチャネル層79は、ソース領域45及びドレイン領域46と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層79は、N型不純物がドープされたソース領域45及びドレイン領域46と同じN型の領域(層)である。埋め込みチャネル層79は、P型ウェル層78の内部に形成されている。詳細には、埋め込みチャネル層79は、P型ウェル層78とゲート絶縁膜42との界面に対して下方に離間した位置に形成されている。
An embedded
このように、本実施形態において第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層79)は、P型ウェル層78のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域45とドレイン領域46との間に配置されている。本実施形態において、第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層79)は、P型ウェル層78とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層79)の合計不純物濃度は、P型ウェル層78の不純物濃度よりも高い。また、第4トランジスタM4は、第3トランジスタM3と同様の構成である。
As described above, in the present embodiment, the channel region (embedded channel layer 79) of the third transistor M3 is below the
図10Bに示すように、第1トランジスタM1は、第1トランジスタM1のバックゲートがバイアス端子BIASを介してバックゲートバイアス回路20に接続される点、及び埋め込みチャネル型に変更された点以外は、第8トランジスタM8(図5C参照)と同一構造である。すなわち本実施形態の第1トランジスタM1におけるN型ウェル層80のN型不純物濃度は、第1実施形態の第1トランジスタM1におけるN型ウェル層70(図5D参照)のN型不純物濃度とは異なり、第8トランジスタM8のN型ウェル層63(図5C参照)のN型不純物濃度と同じである。また図示していないが、N型ウェル層39には、バックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域が設けられている。
As shown in FIG. 10B, the first transistor M1 is changed to an embedded channel type except that the back gate of the first transistor M1 is connected to the back
N型ウェル層80においてゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)には、埋め込みチャネル層81が形成されている。埋め込みチャネル層81は、ソース領域64及びドレイン領域65と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層81は、P型不純物がドープされたソース領域64及びドレイン領域65と同じP型の領域(層)である。埋め込みチャネル層81は、N型ウェル層80の内部に形成されている。詳細には、埋め込みチャネル層81は、N型ウェル層80とゲート絶縁膜42との界面に対して下方に離間した位置に形成されている。
An embedded
このように、本実施形態において第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層81)は、N型ウェル層80のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域64とドレイン領域65との間に配置されている。本実施形態において、第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層81)は、N型ウェル層80とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層81)の合計不純物濃度は、N型ウェル層80の不純物濃度よりも高い。また、第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同様の構成である。
As described above, in the present embodiment, the channel region (embedded channel layer 81) of the first transistor M1 is below the
〔トランジスタの製造方法〕
図11A及び図11Bを参照して、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の製造方法について説明する。なお、図11A及び図11Bでは、説明の便宜上、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が隣り合うように形成されたと仮定している。本実施形態のトランジスタの製造方法は、第1実施形態のトランジスタの製造方法に比べ、ウェル形成工程が異なる。以下の説明では、ウェル形成工程について主に説明する。
[Transistor manufacturing method]
A method for manufacturing the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 will be described with reference to FIGS. 11A and 11B. In FIGS. 11A and 11B, for convenience of explanation, it is assumed that the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 are formed so as to be adjacent to each other. The method for manufacturing a transistor of the present embodiment is different from the method for manufacturing a transistor of the first embodiment in a well forming step. In the following description, the well forming step will be mainly described.
ウェル形成工程において、P型エピタキシャル層31の素子形成領域34に高耐圧のN型ウェル層39を形成する工程、及びP型エピタキシャル層31の素子分離領域35にP型ドリフト層37を形成する工程は、第1実施形態と同様である。
In the well forming step, a step of forming a high withstand voltage N-
図11Aに示すように、第3トランジスタM3のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層78が形成され、第6トランジスタM6のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層41が形成される。第1トランジスタM1のN型ウェル層39の表層部にはN型ウェル層80が形成され、第8トランジスタM8のN型ウェル層39の表層部にはN型ウェル層63が形成される。具体的には、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えばP型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1及び第8トランジスタM8の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3及び第6トランジスタM6の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。例えばN型不純物イオンとしては砒素イオン及びリンイオンが用いられる。このように、第3トランジスタM3のP型ウェル層78のP型不純物濃度と第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度とは互いに等しく、第1トランジスタM1のN型ウェル層80の不純物濃度と第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度とは互いに等しい。
As shown in FIG. 11A, a P-
なお、本実施形態では、第3トランジスタM3のP型ウェル層78及び第6トランジスタM6のP型ウェル層41が形成された後、第1トランジスタM1のN型ウェル層80及び第8トランジスタM8のN型ウェル層63が形成されたが、これに限られず、第1トランジスタM1のN型ウェル層80及び第8トランジスタM8のN型ウェル層63が形成された後、第3トランジスタM3のP型ウェル層78及び第6トランジスタM6のP型ウェル層41が形成されてもよい。
In this embodiment, after the P-
図11Bに示すように、第3トランジスタM3のP型ウェル層78には埋め込みチャネル層79が形成され、第1トランジスタM1のN型ウェル層80には埋め込みチャネル層81が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。例えばN型不純物イオンとしてリンイオンが用いられる。これにより、埋め込みチャネル層79が形成される。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えばP型不純物イオンとしてBF2が用いられる。これにより、埋め込みチャネル層81が形成される。その後、上記イオン注入マスクが除去される。そして第1実施形態と同様に、ゲート形成工程、ソース・ドレイン形成工程、及び配線工程を経て、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が製造される。
As shown in FIG. 11B, an embedded
なお、本実施形態では、第3トランジスタM3の埋め込みチャネル層79が形成された後、第1トランジスタM1の埋め込みチャネル層81が形成されたが、これに限られず、第1トランジスタM1の埋め込みチャネル層81が形成された後、第3トランジスタM3の埋め込みチャネル層79が形成されてもよい。
In the present embodiment, after the embedded
また、第2トランジスタM2は第1トランジスタM1と同様に製造され、第4トランジスタM4は第3トランジスタM3と同様に製造される。また、第7トランジスタM7は第6トランジスタM6と同様に製造され、第5トランジスタM5、第9トランジスタM9、定電流源11,21を構成するトランジスタ、及び基準電流源13を構成するトランジスタは第8トランジスタM8と同様に製造される。また、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2とは同時に形成され、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4とは同時に形成される。また、第6トランジスタM6と第7トランジスタM7とは同時に形成され、第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、第9トランジスタM9、定電流源11,21を構成するトランジスタ、及び基準電流源13を構成するトランジスタは同時に形成される。
Further, the second transistor M2 is manufactured in the same manner as the first transistor M1, and the fourth transistor M4 is manufactured in the same manner as the third transistor M3. The seventh transistor M7 is manufactured in the same manner as the sixth transistor M6, and the fifth transistor M5, the ninth transistor M9, the transistors constituting the constant
図12A及び図12Bを参照して、本実施形態の作用について説明する。なお、図12A及び図12Bにおける網掛けの円は不純物である。
本願発明者らは、トランジスタの移動度の揺らぎの一因として、界面のラフネスによる影響に着目した。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 12A and 12B. The shaded circles in FIGS. 12A and 12B are impurities.
The inventors of the present application focused on the influence of the roughness of the interface as one of the causes of the fluctuation of the mobility of the transistor.
詳述すると、図12A及び図12Bに示すように、表面チャネル型のMOSFETでは、チャネル領域においてP型ウェル層とゲート絶縁膜との界面付近を電子が移動し(図12Bの矢印)、埋め込みチャネル型のMOSFETでは、P型ウェル層とゲート絶縁膜との界面よりも下方の領域を電子が移動する(図12Aの矢印)。ここで、P型ウェル層とゲート絶縁膜との界面は、図12Bの破線に示すように凸凹しているため、表面型チャネル型のMOSFETでは、電子が散乱して移動する。また、P型ウェル層とゲート絶縁膜との界面の欠陥準位によるトラップ及びデトラップの影響も受け易い。一方、埋め込みチャネル型のMOSFETでは、チャネル領域においてP型ウェル層とゲート絶縁膜との界面から離れた領域を電子が移動するため、電子が移動するときに界面の影響を受け難くなる。したがって、埋め込みチャネル型のMOSFETの移動度の揺らぎは、表面チャネル型のMOSFETの移動度の揺らぎよりも小さくなる。 More specifically, as shown in FIGS. 12A and 12B, in the surface channel MOSFET, electrons move near the interface between the P-type well layer and the gate insulating film in the channel region (arrow in FIG. 12B), and the embedded channel. In the type MOSFET, electrons move in a region below the interface between the P-type well layer and the gate insulating film (arrow in FIG. 12A). Here, since the interface between the P-type well layer and the gate insulating film is uneven as shown by the broken line in FIG. 12B, electrons are scattered and moved in the surface-type channel-type MOSFET. It is also susceptible to traps and detraps due to defect levels at the interface between the P-type well layer and the gate insulating film. On the other hand, in the embedded channel type MOSFET, since the electrons move in the region away from the interface between the P-type well layer and the gate insulating film in the channel region, the influence of the interface is less likely to occur when the electrons move. Therefore, the mobility fluctuation of the embedded channel MOSFET is smaller than the mobility fluctuation of the surface channel MOSFET.
そこで、本願発明者らは、オペアンプ1を構成する複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタを埋め込みチャネル型のMOSFETを用い、他のトランジスタを表面チャネル型のMOSFETを用いることにより、移動度の揺らぎを小さくすることを知見した。より具体的には、オペアンプ1を構成する複数のトランジスタのうちオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに埋め込みチャネル型のMOSFETを用い、オペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに表面チャネル型のMOSFETを用いた。
Therefore, the inventors of the present application use embedded channel MOSFETs for some of the plurality of transistors constituting the
本実施形態では、オペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタに表面チャネル型のMOSFETが用いられる。またオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い第1トランジスタM1~第4トランジスタM4に埋め込みチャネル型のMOSFETが用いられる。これにより、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタの移動度の揺らぎが小さくなるため、出力信号Soutの1/fノイズを低減できる。
In the present embodiment, the transistor of the constant
(第2実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1は、以下のように変更できる。
・本実施形態のオペアンプ1は、図9のオペアンプ1にも適用できる。つまり、図9のオペアンプ1を構成するトランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタに表面チャネル型のMOSFETが用いられる。またオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い第1トランジスタM1~第4トランジスタM4に埋め込みチャネル型のMOSFETが用いられる。
(Modified example of the second embodiment)
The
-The
(第3実施形態)
図1及び図13A~図14Cを参照して、第3実施形態のオペアンプ1について説明する。本実施形態のオペアンプ1は、第1実施形態のオペアンプ1に比べ、オペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズを低減するために工夫するトランジスタの構造が異なる。
(Third Embodiment)
The
図13Aに示すように、本実施形態の第3トランジスタM3は、第1実施形態の第3トランジスタM3と第2実施形態の第3トランジスタM3との組合せである。すなわち、本実施形態の第3トランジスタM3は、チャネル領域の不純物濃度が第6トランジスタM6のチャネル領域(P型ウェル層41:図5A参照)の不純物濃度よりも低く、かつ埋め込みチャネル型のMOSFETに変更されている。また第3トランジスタM3は、そのバックゲートが第3トランジスタM3のソース(第2の電源配線3)に接続されている。それら以外は第6トランジスタM6と同一構造である。 As shown in FIG. 13A, the third transistor M3 of the present embodiment is a combination of the third transistor M3 of the first embodiment and the third transistor M3 of the second embodiment. That is, the third transistor M3 of the present embodiment has an impurity concentration in the channel region lower than the impurity concentration in the channel region (P-type well layer 41: see FIG. 5A) of the sixth transistor M6, and is an embedded channel type MOSFET. has been edited. The back gate of the third transistor M3 is connected to the source of the third transistor M3 (second power supply wiring 3). Other than them, it has the same structure as the sixth transistor M6.
第3トランジスタM3のチャネル領域を形成するP型ウェル層82の不純物濃度は、スケーリング則に沿ったチャネル領域の不純物濃度よりも低い。P型ウェル層82の不純物濃度は、不純物濃度の低下に起因して素子特性が過度にずれない範囲で極力低いことが好ましい。一例では、P型ウェル層82の不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41のP型不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、P型ウェル層82の不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration of the P-
P型ウェル層82においてゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)には、埋め込みチャネル層83が形成されている。埋め込みチャネル層83は、ソース領域45及びドレイン領域46と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層83は、N型不純物がドープされたソース領域45及びドレイン領域46と同じN型の領域(層)である。
An embedded
このように、本実施形態において第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層83)は、P型ウェル層82のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域45とドレイン領域46との間に配置されている。本実施形態において、第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層83)は、P型ウェル層82とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層83)の不純物濃度は、P型ウェル層82の不純物濃度よりも高い。また、第4トランジスタM4は、第3トランジスタM3と同様の構成である。
As described above, in the present embodiment, the channel region (embedded channel layer 83) of the third transistor M3 is below the
図13Bに示すように、本実施形態の第1トランジスタM1は、第1実施形態の第1トランジスタM1と第2実施形態の第1トランジスタM1との組合せである。すなわち、本実施形態の第1トランジスタM1は、チャネル領域の不純物濃度が第8トランジスタM8のチャネル領域(N型ウェル層63:図5C参照)の不純物濃度よりも低く、かつ埋め込みチャネル型に変更されている。また第1トランジスタM1は、そのバックゲートがバイアス端子BIASを介してバックゲートバイアス回路20に接続されている。それら以外は第8トランジスタM8と同一構造である。
As shown in FIG. 13B, the first transistor M1 of the present embodiment is a combination of the first transistor M1 of the first embodiment and the first transistor M1 of the second embodiment. That is, the first transistor M1 of the present embodiment has an impurity concentration in the channel region lower than the impurity concentration in the channel region (N-type well layer 63: see FIG. 5C) of the eighth transistor M8, and is changed to an embedded channel type. ing. Further, the back gate of the first transistor M1 is connected to the back
第1トランジスタM1のN型ウェル層84の不純物濃度は、スケーリング則に沿ったN型不純物濃度よりも低い。N型ウェル層84の不純物濃度は、不純物濃度の低下に起因して素子特性が過度にずれない範囲で極力低いことが好ましい。素子特性が過度にずれない範囲とは、例えばしきい値電圧がずれてカレントミラー回路12(図1参照)の機能が成り立たなくなってしまう不純物濃度の上限値よりも高い濃度である。一例では、N型ウェル層84の不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、N型ウェル層84の不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration of the N-
N型ウェル層84においてゲート絶縁膜42と対向する領域(チャネル領域)には、埋め込みチャネル層85が形成されている。埋め込みチャネル層85は、ソース領域64及びドレイン領域65と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層85は、P型不純物がドープされたソース領域64及びドレイン領域65と同じP型の領域(層)である。
An embedded
このように、本実施形態において第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層85)は、N型ウェル層84のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域64とドレイン領域65との間に配置されている。本実施形態において、第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層85)は、N型ウェル層84とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層85)の不純物濃度は、N型ウェル層84の不純物濃度よりも高い。また、第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同様の構成である。
As described above, in the present embodiment, the channel region (embedded channel layer 85) of the first transistor M1 is below the
以上、説明したとおり、本実施形態のオペアンプ1において、差動対10の各トランジスタM1,M2及び能動負荷であるカレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4は、埋め込みチャネル型のMOSFETであり、そのチャネル領域の不純物濃度が、定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。一方、バックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタは、表面チャネル型のMOSFETである。
As described above, in the
〔トランジスタの製造方法〕
図14A~図14Cを参照して、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の製造方法について説明する。なお、図14A~図14Cでは、説明の便宜上、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が隣り合うように形成されたと仮定している。本実施形態のトランジスタの製造方法は、第1実施形態のトランジスタの製造方法に比べ、ウェル形成工程が異なる。以下の説明では、ウェル形成工程について主に説明する。
[Transistor manufacturing method]
A method for manufacturing the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 will be described with reference to FIGS. 14A to 14C. In FIGS. 14A to 14C, for convenience of explanation, it is assumed that the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 are formed so as to be adjacent to each other. The method for manufacturing a transistor of the present embodiment is different from the method for manufacturing a transistor of the first embodiment in a well forming step. In the following description, the well forming step will be mainly described.
ウェル形成工程において、P型エピタキシャル層31の素子形成領域34のそれぞれに高耐圧のN型ウェル層39を形成する工程、及びP型エピタキシャル層31の素子分離領域35のそれぞれにP型ドリフト層37を形成する工程は、第1実施形態と同様である。
In the well forming step, a step of forming a high withstand voltage N-
図14Aに示すように、第6トランジスタM6のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層41が形成され、第8トランジスタM8の表層部にはN型ウェル層63が形成される。P型ウェル層41及びN型ウェル層63の形成方法は、第1実施形態と同様である。詳細には、半導体基板であるシリコン基板30において第6トランジスタM6が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第6トランジスタM6が形成される領域にチャネル領域を形成する。またシリコン基板30において第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、及び第6トランジスタM6が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第8トランジスタM8が形成される領域にチャネル領域を形成する。
As shown in FIG. 14A, a P-
図14Bに示すように、第3トランジスタM3のN型ウェル層39の表層部にはP型ウェル層82が形成され、第1トランジスタM1の表層部にはN型ウェル層84が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。つまり、半導体基板であるシリコン基板30において第3トランジスタM3が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第3トランジスタM3が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばP型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。ここで、第3トランジスタM3のP型ウェル層82の不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度よりも低くなるようにイオン注入を行う。例えば、第3トランジスタM3のP型ウェル層82の不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度の約1/2以下となるようにイオン注入を行う。好ましくは、第3トランジスタM3のP型ウェル層82の不純物濃度が、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度の約1/10となるようにイオン注入を行う。
As shown in FIG. 14B, a P-
次に、第1トランジスタM1の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。つまり、半導体基板であるシリコン基板30において第1トランジスタM1が形成される領域に不純物イオンが注入される一方、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が形成される領域に不純物イオンが注入されないように選択的にイオン注入を行うことにより、第1トランジスタM1が形成される領域にチャネル領域を形成する。例えばN型不純物イオンとしては砒素イオン及びリンイオンが用いられる。ここで、第1トランジスタM1のN型ウェル層84の不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度よりも低くなるようにイオン注入を行う。例えば、第1トランジスタM1のN型ウェル層84の不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/2以下となるようにイオン注入を行う。好ましくは、第1トランジスタM1のN型ウェル層84の不純物濃度が、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/10となるようにイオン注入を行う。なお、本実施形態では、P型ウェル層82が形成された後、N型ウェル層84が形成されたが、N型ウェル層84が形成された後、P型ウェル層82が形成されてもよい。
Next, the ion implantation mask (not shown) having an opening that exposes the
図14Cに示すように、第3トランジスタM3のN型ウェル層39には埋め込みチャネル層83が形成され、第1トランジスタM1のN型ウェル層39には埋め込みチャネル層85が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。例えばN型不純物イオンとしてリンイオンが用いられる。これにより、埋め込みチャネル層83が形成される。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えばP型不純物イオンとしてBF2が用いられる。これにより、埋め込みチャネル層85が形成される。なお、本実施形態では、埋め込みチャネル層83が形成された後、埋め込みチャネル層85が形成されたが、埋め込みチャネル層85が形成された後、埋め込みチャネル層83が形成されてもよい。
As shown in FIG. 14C, the embedded
その後、上記イオン注入マスクが除去される。そして第1実施形態と同様に、ゲート形成工程、ソース・ドレイン形成工程、及び配線工程を経て、第1トランジスタM1、第3トランジスタM3、第6トランジスタM6、及び第8トランジスタM8が製造される。 After that, the ion implantation mask is removed. Then, as in the first embodiment, the first transistor M1, the third transistor M3, the sixth transistor M6, and the eighth transistor M8 are manufactured through the gate forming step, the source / drain forming step, and the wiring step.
なお、第2トランジスタM2は第1トランジスタM1と同様に製造され、第4トランジスタM4は第3トランジスタM3と同様に製造される。また第7トランジスタM7は第6トランジスタM6と同様に製造され、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、第5トランジスタM5、及び第9トランジスタM9は第8トランジスタM8と同様に製造される。また、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2とは同時に形成され、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4とは同時に形成される。また第6トランジスタM6と第7トランジスタM7とは同時に形成され、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9は同時に形成される。本実施形態によれば、第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果が得られる。
The second transistor M2 is manufactured in the same manner as the first transistor M1, and the fourth transistor M4 is manufactured in the same manner as the third transistor M3. The seventh transistor M7 is manufactured in the same manner as the sixth transistor M6, and the constant
(第3実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1は、以下のように変更できる。
・本実施形態のオペアンプ1は、図9のオペアンプ1にも適用できる。つまり、図9のオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタに表面チャネル型のMOSFETが用いられる。また図9のオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちのオペアンプ1の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い第1トランジスタM1~第4トランジスタM4に埋め込みチャネル型のMOSFETが用いられる。また図9のオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちの第1トランジスタM1~第4トランジスタM4におけるチャネル領域の不純物濃度は、図9のオペアンプ1を構成する各トランジスタのうちの定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、並びにバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。
(Modified example of the third embodiment)
The
-The
(第4実施形態)
図15を参照して、第4実施形態のオペアンプ1Aについて説明する。
本実施形態のオペアンプ1Aは、2段増幅回路であり、基準電流源13、バックゲートバイアス回路20、差動増幅段90、及び出力段93を備える。オペアンプ1Aは、反転入力端子INNと非反転入力端子INPの電位差を増幅し、出力端子OUTから出力信号Soutを出力する。オペアンプ1Aは、ひとつの半導体基板に一体集積化されている。差動増幅段90は、差動対10、定電流源11、カスコードカレントミラー回路91、及びバイアス回路92を有する。差動対10、定電流源11、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20は、第1実施形態の差動対10、定電流源11、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20と同様の構成である。本実施形態では、バックゲートバイアス回路20は、第1実施形態と同様に第1の電源配線2と第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートとに接続されている。
(Fourth Embodiment)
The
The
カスコードカレントミラー回路91は、差動対10と接続される能動負荷である。カスコードカレントミラー回路91は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第10トランジスタM10~第13トランジスタM13を含む。本実施形態では、第10トランジスタM10~第13トランジスタM13は、NチャネルMOSFETで構成されている。特に、第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11は、エンハンスメント型の構造である。なお、第10トランジスタM10は「第5MOSトランジスタ」に相当し、第11トランジスタM11は「第6MOSトランジスタ」に相当し、第12トランジスタM12は「第7MOSトランジスタ」に相当し、第13トランジスタM13は「第8MOSトランジスタ」に相当する。
The cascode
第10トランジスタM10は、第1トランジスタM1と直列に設けられている。より詳細には、第10トランジスタM10は、第1トランジスタM1のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第10トランジスタM10のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第10トランジスタM10のソースは第2の電源配線3に接続されている。第11トランジスタM11は、第2トランジスタM2と直列に設けられている。より詳細には、第11トランジスタM11は、第2トランジスタM2のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第11トランジスタM11のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続され、第11トランジスタM11のソースは第2の電源配線3に接続されている。第12トランジスタM12は第10トランジスタM10に縦積みされ、第13トランジスタM13は第11トランジスタM11に縦積みされている。より詳細には、第12トランジスタM12のソースは第10トランジスタM10のドレインに接続され、第13トランジスタM13のソースは第11トランジスタM11のドレインに接続されている。第12トランジスタM12及び第13トランジスタM13のゲートは、第1バイアス回路(図示略)からのバイアス電圧Vbn1が入力されることにより、適切にバイアスされている。第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11のゲートは、第12トランジスタM12のドレインと接続されている。なお、第1トランジスタM1および第2トランジスタM2がデプレッション型の場合、図15に示す回路構成により入力フルスイング(Rail-to-Rail)を実現できる。
The tenth transistor M10 is provided in series with the first transistor M1. More specifically, the tenth transistor M10 is provided between the drain of the first transistor M1 and the second
バイアス回路92は、カスコードカレントミラー回路91を適切なバイアス状態に維持する定電流回路である。一例では、バイアス回路92は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第14トランジスタM14~第17トランジスタM17を含む。本実施形態では、第14トランジスタM14~第17トランジスタM17は、PチャネルMOSFETで構成されている。特に、第14トランジスタM14及び第15トランジスタM15は、エンハンスメント型の構造である。
The
第14トランジスタM14及び第15トランジスタM15は、所定の電流を生成する電流源を構成する。第14トランジスタM14のソース及び第15トランジスタM15のソースは第1の電源配線2に接続され、第14トランジスタM14のゲート及び第15トランジスタM15のゲートは共通に接続され、第2バイアス回路(図示略)に接続されている。第14トランジスタM14及び第15トランジスタM15のゲートは第2バイアス回路からのバイアス電圧Vbp1が入力されることにより、適切にバイアスされる。第16トランジスタM16は第14トランジスタM14に縦積みされ、第17トランジスタM17は第15トランジスタM15に縦積みされている。より詳細には、第16トランジスタM16のソースは第14トランジスタM14のドレインに接続され、第17トランジスタM17のソースは第15トランジスタM15のドレインに接続されている。第16トランジスタM16のドレインは第12トランジスタM12のドレインに接続され、第17トランジスタM17のドレインは第13トランジスタM13のドレインに接続されている。また第17トランジスタM17のドレインは出力段93に接続されている。第16トランジスタM16のゲート及び第17トランジスタM17のゲートは共通に接続され、第3バイアス回路(図示略)に接続されている。第16トランジスタM16及び第17トランジスタM17のゲートは第3バイアス回路からのバイアス電圧Vbp2が入力されることにより、適切にバイアスされる。
The 14th transistor M14 and the 15th transistor M15 form a current source that generates a predetermined current. The source of the 14th transistor M14 and the source of the 15th transistor M15 are connected to the first
出力段93は、出力端子OUTに接続されており、カスコードカレントミラー回路91の出力信号Soutを反転増幅し、出力端子OUTに出力する。出力段93の一例は、ソース接地回路である。より詳細には、出力段93は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続される2つのトランジスタを含む。2つのトランジスタは、PチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETである。出力段93には、位相補償のためのコンデンサ94が接続されている。
The
バックゲートバイアス回路20は、第1の電源配線2と、差動対10を構成する第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートとに接続されている。本実施形態のバックゲートバイアス回路20は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20(図2参照)と同様である。このため、第1実施形態の(1-1)~(1-4)の効果と同様の効果が得られる。
The
さらに、本実施形態では、出力段93の出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、オペアンプ1Aを構成する各トランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、オペアンプ1Aを構成する各トランジスタのうちの他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、オペアンプ1Aを構成する複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。詳細には、オペアンプ1Aにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い部分は、差動増幅段90の差動対10、バイアス回路92の一部、及び、カスコードカレントミラー回路91の一部である。オペアンプ1Aにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い部分は、定電流源11、基準電流源13、バックゲートバイアス回路20、バイアス回路92の他の一部、カスコードカレントミラー回路91の他の一部、及び出力段93である。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the
本実施形態では、差動対10、バイアス回路92の一部、及びカスコードカレントミラー回路91の一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11、基準電流源13、バックゲートバイアス回路20、バイアス回路92の他の一部、カスコードカレントミラー回路91の他の一部、及び出力段93のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、差動対10、バイアス回路92の一部、及びカスコードカレントミラー回路91の一部を構成するトランジスタは、低濃度トランジスタであり、定電流源11、基準電流源13、バックゲートバイアス回路20、バイアス回路92の他の一部、カスコードカレントミラー回路91の他の一部、及び出力段93を構成するトランジスタは、高濃度トランジスタである。具体的には、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、第10トランジスタM10、第11トランジスタM11、第14トランジスタM14、及び第15トランジスタM15におけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、第5トランジスタM5、第6トランジスタM6、第7トランジスタM7、第8トランジスタM8、第9トランジスタM9、第12トランジスタM12、第13トランジスタM13、第16トランジスタM16、第17トランジスタM17、及び出力段93のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15は低濃度トランジスタであり、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、出力段93のトランジスタ、及び各トランジスタM5,M6,M7,M8,M9,M12,M13,M16,M17は高濃度トランジスタである。
In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region in the transistor of the
各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15におけるチャネル領域の不純物濃度は、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、出力段93のトランジスタ、及び各トランジスタM5,M6,M7,M8,M12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15におけるチャネル領域の不純物濃度は、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、出力段93のトランジスタ、及び各トランジスタM5,M6,M7,M8,M12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、出力段93のトランジスタ、及び各トランジスタM5,M6,M7,M8,M9,M12,M13,M16,M17は表面チャネル型のMOSFETである。
The impurity concentration in the channel region of each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 is the transistor of the constant
なお、オペアンプ1Aを構成する各トランジスタのNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第1実施形態の第1トランジスタM1等のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETと同様の構造及び製造方法である。
The structure and manufacturing method of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET of each transistor constituting the
本実施形態によれば、第1実施形態の(1-1)~(1-4)の効果に加え、以下の効果が得られる。
(4-1)カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11のチャネル領域の不純物濃度は、バックゲートバイアス回路20を構成する第6トランジスタM6及び第7トランジスタM7のチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Aの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Aの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
According to this embodiment, in addition to the effects of (1-1) to (1-4) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(4-1) The impurity concentration in the channel region of the tenth transistor M10 and the eleventh transistor M11 constituting the current source of the cascode
(4-2)バイアス回路92の電流源を構成する第14トランジスタM14及び第15トランジスタM15のチャネル領域の不純物濃度は、バックゲートバイアス回路20を構成する第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9のチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Aの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15のN型ウェル層70の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Aの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
(4-2) The impurity concentration in the channel region of the 14th transistor M14 and the 15th transistor M15 constituting the current source of the
(4-3)差動対10を構成するPチャネルMOSFETである第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路92の電流源を構成するPチャネルMOSFETである第14トランジスタM14及び第15トランジスタM15のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、バイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15のN型ウェル層70を形成する工程と、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2のN型ウェル層70を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Aを製造する工程を簡略化することができる。
(4-3) The concentration of impurities in the channel region of the first transistor M1 and the second transistor M2, which are P-channel MOSFETs constituting the
(4-4)定電流源11のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20を構成するPチャネルMOSFETである第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路92のPチャネルMOSFETである第16トランジスタM16及び第17トランジスタM17のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5,M8,M9のN型ウェル層63を形成する工程と、バイアス回路92の各トランジスタM16,M17のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Aを製造する工程を簡略化することができる。
(4-4) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(4-5)バックゲートバイアス回路20を構成するNチャネルMOSFETである第6トランジスタM6、第7トランジスタM7、及び定電流源21のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路91のNチャネルMOSFETである第12トランジスタM12及び第13トランジスタM13のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM6,M7、及び定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41を形成する工程と、カスコードカレントミラー回路91の各トランジスタM12,M13のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Aを製造する工程を簡略化することができる。
(4-5) The impurity concentration in the channel region of the sixth transistor M6, the seventh transistor M7, and the transistor of the constant
(第4実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Aは、以下のように変更できる。
・図15に示すオペアンプ1Aは、図16に示す差動増幅段90Aを有するオペアンプ1Aのように変更できる。図16のオペアンプ1Aは、図15のオペアンプ1Aに比べ、オペアンプ1Aを構成する各トランジスタにおけるチャネル領域の導電型及びバックゲートバイアス回路20の接続構成が主に異なる。
(Modified example of the fourth embodiment)
The
The
差動対10の第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2、定電流源11のトランジスタ、並びに基準電流源13のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のドレインはバイアス回路92に接続されている。より詳細には、第1トランジスタM1のドレインは第15トランジスタM15のドレインに接続され、第2トランジスタM2のドレインは第14トランジスタM14のドレインに接続されている。定電流源11のトランジスタのソースは第2の電源配線3に接続され、定電流源11のトランジスタのドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続されている。定電流源11のトランジスタは、第1バイアス回路(図示略)からバイアス電圧Vbn2が入力される。なお、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、定電流源11のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタは、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。図16では、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、定電流源11のトランジスタ、及び基準電流源13のトランジスタは、エンハンスメント型の構造である。なお、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2がデプレッション型の場合、図16に示す回路構成により入力フルスイング(Rail-to-Rail)を実現できる。
The first transistor M1 and the second transistor M2 of the
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートと、第2の電源配線3とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位と第2の電源電圧VSSとの中間電圧よりも第2の電源電圧VSS側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSよりも低いとよい。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSを含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSの±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。この構成によれば、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
The
また、図16のオペアンプ1Aにおいては、図15のオペアンプ1Aと同様に、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15のP型ウェル層62及びN型ウェル層70の不純物濃度を、定電流源11,21のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、出力段93のトランジスタ、及び各トランジスタM5,M6,M7,M8,M9,M12,M13,M16,M17のP型ウェル層41及びN型ウェル層63の不純物濃度よりも低くしている。これにより、図16のオペアンプ1Aにおいても、図15のオペアンプ1Aの(4-1)~(4-4)の効果と同様の効果が得られる。
Further, in the
・図15及び図16に示すオペアンプ1Aにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
For each of the transistors M1, M2, M10, M11, M14, and M15 in the
・図15及び図16に示すオペアンプ1Aにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、図15及び図16に示すオペアンプ1Aにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、図15及び図16に示すオペアンプ1Aにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、図15及び図16に示すオペアンプ1Aは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
In addition to reducing the impurity concentration in the channel region, an embedded channel MOSFET may be applied to each of the transistors M1, M2, M10, M11, M14, and M15 in the
(第5実施形態)
図17を参照して、第5実施形態のオペアンプ1Bについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Bは、第1実施形態のオペアンプ1に比べ、電圧変換回路の一例である降圧回路100並びに第4実施形態の出力段93及びコンデンサ94が追加された点が異なる。
(Fifth Embodiment)
The
図17(a)に示すように、出力段93は、第2トランジスタM2のドレインと第4トランジスタM4のドレインとの間のノードN1に接続されている。出力段93は、出力端子OUTに接続されており、ノードN1の出力信号Soutを反転増幅し、出力端子OUTに出力する。出力段93の一例は、ソース接地回路である。出力段93の構成は、第4実施形態の出力段93の構成と同じである。
As shown in FIG. 17A, the
降圧回路100は、第1の電源配線2と差動対10との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源11との間に設けられている。降圧回路100は、第1の電源配線2の第1の電源電圧VDDを所定の電圧に降圧して定電流源11に印加する。
The step-down
図17(b)に示すように、降圧回路100は、例えばシリーズレギュレータ方式の半導体降圧回路である。降圧回路100は、トランジスタ101及びオペアンプ102を含む。トランジスタ101は、NチャネルMOSFETである。トランジスタ101のドレインは第1の電源配線2に接続され、トランジスタ101のソースは定電流源11に接続されている。トランジスタ101のゲートは、オペアンプ102の出力端子に接続されている。オペアンプ102の非反転入力端子はトランジスタ101のソースに接続されている。オペアンプ102の反転入力端子には、第1の電源電圧VDDよりも低い所定の電圧VFが印加される。これにより、降圧回路100は、定電流源11に電圧VFを印加するように動作する。
As shown in FIG. 17B, the step-down
バックゲートバイアス回路20は、第1の電源配線2と、差動対10を構成する第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートとに接続されている。本実施形態のバックゲートバイアス回路20は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20(図2参照)と同様である。このため、第1実施形態の(1-1)~(1-4)と同様の効果が得られる。
The
本実施形態の作用について説明する。
バックゲートバイアス回路20により第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBが各トランジスタM1,M2の共通のバックゲートに印加される。さらに、降圧回路100により第1の電源電圧VDDよりも低い電圧VFが定電流源11に印加されるため、第1の電源電圧VDDが定電流源11に印加される場合に比べ、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位が低くなる。このように、バックゲートバイアス回路20及び降圧回路100によって、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。本実施形態では、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSHよりも高くなる。これにより、図3から分かるとおり、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなる。したがって、出力信号Soutのノイズが小さくなる。
The operation of this embodiment will be described.
The
降圧回路100の電圧VF及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBは、バイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。好ましくは、降圧回路100の電圧VF及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBは、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSHに対して20%高い電圧以下となるように制御される。
The voltage VF of the step-down
さらに、オペアンプ1Bの各トランジスタは、第1実施形態のオペアンプ1の各トランジスタの構成及び製造方法と同じである。このため、第1実施形態の(1-5)~(1-8)の効果と同様の効果が得られる。
Further, each transistor of the
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(5-1)オペアンプ1Bが降圧回路100及びバックゲートバイアス回路20を備えるため、降圧回路100の電圧VF及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBによって、バックゲートソース間電圧VBSを大きくすることができる。したがって、オペアンプ1Bの出力信号Soutのノイズを低減できる。加えて、降圧回路100の電圧VF及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBの2つの電圧によってバックゲートソース間電圧VBSの大きさを制御できるため、バックゲートソース間電圧VBSを大きくし易い。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(5-1) Since the
(第5実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Bは、以下のように変更できる。
・図17(a)に示すオペアンプ1Bは、図18に示すオペアンプ1Bのように変更できる。図18のオペアンプ1Bは、オペアンプ1Bを構成する各トランジスタの導電型が図17(a)に示すオペアンプ1Bとは異なる。また図18のオペアンプ1Bは、降圧回路100に代えて、電圧変換回路の一例である昇圧回路103が設けられた点が図17(a)に示すオペアンプ1Bとは異なる。
(Variation example of the fifth embodiment)
The
The
差動対10の第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2、定電流源11のトランジスタ、並びに基準電流源13のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。定電流源11のトランジスタのソースは第2の電源配線3に接続され、定電流源11のトランジスタのドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続されている。
The first transistor M1 and the second transistor M2 of the
カレントミラー回路12の第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4は、PチャネルMOSFETである。第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソースは、第1の電源配線2に接続され、第3トランジスタM3のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第4トランジスタM4のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続されている。
The third transistor M3 and the fourth transistor M4 of the
図18のオペアンプ1Bにおいては、図17(a)のオペアンプ1Bと同様に、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11のトランジスタ、基準電流源13のトランジスタ、及びバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。このような図18のオペアンプ1Bにおいても、図17(a)のオペアンプ1Bと同様の効果が得られる。
In the
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートと、第2の電源配線3とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位と第2の電源電圧VSSとの中間電圧よりも第2の電源電圧VSS側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。またバイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSよりも低くてもよい。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSを含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSの±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。この構成によれば、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
The
昇圧回路103は、第2の電源配線3と差動対10の間、より詳細には、第2の電源配線3と定電流源11の間に設けられている。昇圧回路103は、第2の電源配線3の第2の電源電圧VSSを所定の電圧に昇圧して定電流源11に印加する。昇圧回路103の一例は、既知のチャージポンプ方式の昇圧回路である。
The booster circuit 103 is provided between the second
図18のオペアンプ1Bにおいては、バックゲートバイアス回路20により第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りのバイアス電圧VBが各トランジスタM1,M2の共通のバックゲートに印加される。昇圧回路103により第2の電源電圧VSSよりも高い電圧が定電流源11に印加されるため、第2の電源電圧VSSが定電流源11に印加される場合に比べ、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位が高くなる。このように、バックゲートバイアス回路20及び昇圧回路103によって、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。本実施形態では、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSHよりも高くなる。これにより、図3から分かるとおり、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなる。したがって、出力信号Soutのノイズが小さくなる。
In the
図18のオペアンプ1Bによれば、さらに以下の効果が得られる。
オペアンプ1Bが昇圧回路103及びバックゲートバイアス回路20を備えるため、昇圧回路103が定電流源11に印加する電圧及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBによって、バックゲートソース間電圧VBSを大きくすることができる。したがって、オペアンプ1Bの出力信号Soutのノイズを低減できる。加えて、昇圧回路103が定電流源11に印加する電圧及びバックゲートバイアス回路20のバイアス電圧VBの2つの電圧によってバックゲートソース間電圧VBSの大きさを制御できるため、バックゲートソース間電圧VBSを大きくし易い。
According to the
Since the
・図17及び図18に示すオペアンプ1Bにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
For each of the transistors M1 to M4 in the
・図17及び図18に示すオペアンプ1Bにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、図17及び図18に示すオペアンプ1Bにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、図17及び図18に示すオペアンプ1Bにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、図17及び図18に示すオペアンプ1Bは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
In addition to reducing the impurity concentration in the channel region, an embedded channel MOSFET may be applied to each of the transistors M1 to M4 in the
(第6実施形態)
図19を参照して、第6実施形態のオペアンプ1Cについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Cは、第1実施形態のオペアンプ1に比べ、バックゲートバイアス回路20への入力電圧が異なる点、並びに出力段93及びコンデンサ94が追加された点が異なる。出力段93及びコンデンサ94の構成は、第5実施形態の出力段93及びコンデンサ94と同じである。
(Sixth Embodiment)
The
図19に示すように、バックゲートバイアス回路20は、第1の電源配線2の第1の電源電圧VDD1よりも高い第3の電源電圧VDD2が印加される第3の電源配線4に接続されている。具体的には、本実施形態のバックゲートバイアス回路20は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20と同様に第5トランジスタM5~第9トランジスタM9及び定電流源21(図2参照)を有する。そして第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、及び第9トランジスタM9のソースが第3の電源配線4に接続されている。
As shown in FIG. 19, the
第3の電源配線4に接続されたバックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートにバイアス電圧VBを印加する。バイアス電圧VBは、第3の電源電圧VDD2から第5トランジスタM5のゲートソース間電圧Vgs分だけ電圧降下した電圧(VDD2-Vgs)と、第6トランジスタM6に流れる電流Ibgとによって設定される。このため、第3の電源電圧VDD2によってはバイアス電圧VBが第1の電源電圧VDD1よりも高くなるように制御できる。本実施形態のバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDD1よりも高い。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDD1よりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。本実施形態のバイアス電圧VBは、バックゲートソース間電圧VBSが第1の電源電圧VDD1に対して20%高い電圧以下となるように制御される。このようにバイアス電圧VBが制御されるため、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSHよりも大きくなる。このため、図3から分かるとおり、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなる。したがって、出力信号Soutのノイズが小さくなる。
The
さらに、本実施形態によれば、オペアンプ1Cを構成する各トランジスタが第1実施形態のオペアンプ1を構成する各トランジスタと同じ構成及び製造方法であるため、第1実施形態の(1-5)~(1-8)の効果と同様の効果が得られる。
Further, according to the present embodiment, since each transistor constituting the
(第6実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Cは、以下のように変更できる。
・図19に示すオペアンプ1Cは、図20に示すオペアンプ1Cのように変更できる。図20のオペアンプ1Cは、オペアンプ1Cを構成する各トランジスタの導電型と、バックゲートバイアス回路20の接続構成とが異なる。なお、図20のオペアンプ1Cでは、説明の便宜上、基準電流源13、出力段93、及びコンデンサ94を省略している。
(Modified example of the sixth embodiment)
The
The
差動対10の第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2、並びに定電流源11のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。定電流源11のトランジスタのソースは第2の電源配線3に接続され、定電流源11のトランジスタのドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続されている。
The first transistor M1 and the second transistor M2 of the
カレントミラー回路12の第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4は、PチャネルMOSFETである。第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソースは、第1の電源配線2に接続され、第3トランジスタM3のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第4トランジスタM4のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続されている。
The third transistor M3 and the fourth transistor M4 of the
図20のオペアンプ1Cにおいては、図19のオペアンプ1Cと同様に、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のチャネル領域の不純物濃度を、定電流源11のトランジスタ及びバックゲートバイアス回路20のチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。このような図20のオペアンプ1Cにおいても、第1実施形態の(1-5)~(1-8)と同様の効果が得られる。
In the
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2の共通のバックゲートと、第2の電源配線3の第2の電源電圧VSS1よりも低い第4の電源電圧VSS2が印加される第4の電源配線5とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第4の電源電圧VSS2寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位と第4の電源電圧VSS2との中間電圧よりも第4の電源電圧VSS2側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSS1を含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSS1と同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSS1の±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSS1と同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。この構成によれば、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。
In the
・図19及び図20のオペアンプ1Cにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
For each of the transistors M1 to M4 in the
・図19及び図20のオペアンプ1Cにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、図19及び図20のオペアンプ1Cにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、図19及び図20のオペアンプ1Cにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、図19及び図20のオペアンプ1Cは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
In addition to reducing the impurity concentration in the channel region, an embedded channel MOSFET may be applied to each of the transistors M1 to M4 in the
(第7実施形態)
図21及び図22を参照して、第7実施形態のオペアンプ1Dについて説明する。
図21に示すように、本実施形態のオペアンプ1Dは、出力信号Soutのノイズ低減のため、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12を大きくすることに代えて、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のトランスコンダクタンスgm34を小さくしている。
(7th Embodiment)
The
As shown in FIG. 21, the
具体的には、オペアンプ1Dは、第1実施形態のオペアンプ1と比較して、バックゲートバイアス回路20を省略し、カレントミラー回路12と第2の電源配線3との間に第1抵抗部の一例である第1抵抗R1及び第2抵抗部の一例である第2抵抗R2を追加した点が異なる。
Specifically, the
詳細には、第1抵抗R1は、第3トランジスタM3と第2の電源配線3との間に設けられている。第1抵抗R1の第1端子は第3トランジスタM3のソースに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。第2抵抗R2は、第4トランジスタM4と第2の電源配線3との間に設けられている。第2抵抗R2の第1端子は第4トランジスタM4のソースに接続され、第2抵抗R2の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。本実施形態では、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4との電流比が1:1であり、第1抵抗R1の抵抗値と第2抵抗R2の抵抗値とは互いに等しい。
Specifically, the first resistance R1 is provided between the third transistor M3 and the second
このような構成により、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4にドレイン電流が流れて各トランジスタM3,M4のゲートソース間電圧Vgsが上昇したとき、第1抵抗R1及び第2抵抗R2により各トランジスタM3,M4のソース電位が上昇するため、各トランジスタM3,M4に流れるドレイン電流の増加を防ぐように動作する。つまり、実効のトランスコンダクタンスgm34として各トランジスタM3,M4のドレイン側から見たときに第1抵抗R1及び第2抵抗R2に応じて各トランジスタM3,M4のゲートソース間電圧Vgsが小さくなるので、各トランジスタM3,M4はドレイン電流を減らす方向に動作する。このため、回路上のトランスコンダクタンスgm34が低下する。 With such a configuration, when a drain current flows through the third transistor M3 and the fourth transistor M4 and the gate-source voltage Vgs of the respective transistors M3 and M4 rises, the first resistance R1 and the second resistance R2 cause each transistor M3. , Since the source potential of M4 rises, it operates so as to prevent an increase in the drain current flowing through each of the transistors M3 and M4. That is, when viewed from the drain side of each transistor M3 and M4 as an effective transconductance gm34, the gate-source voltage Vgs of each transistor M3 and M4 becomes smaller according to the first resistance R1 and the second resistance R2. The transistors M3 and M4 operate in the direction of reducing the drain current. Therefore, the transconductance gm34 on the circuit is lowered.
また、本実施形態のオペアンプ1Dの各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタは、第1実施形態のオペアンプ1の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタと同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)及び(1-6)の効果と同様の効果が得られる。
Further, the transistors M1 to M4 of the
本実施形態の作用及び効果について説明する。以下の説明において、オペアンプ1Dから第1抵抗R1及び第2抵抗R2を省略したオペアンプを比較オペアンプと称する。
本実施形態のオペアンプ1Dの出力信号Soutのノイズとしての入力換算雑音電圧は、第1実施形態の(式1)によって示される。(式1)から分かるとおり、入力換算雑音電圧Vn2を小さくするためには、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のチャネル幅W及びチャネル長Lの少なくとも一方を大きくすること、トランスコンダクタンスgm34を小さくすること、及びトランスコンダクタンスgm12を大きくすることの少なくとも1つが必要である。また第1実施形態の(式2)から分かるとおり、トランスコンダクタンスgm34を小さくするためには、チャネル長Lを大きくすること、及びチャネル幅Wを小さくすることの少なくとも一方が必要であり、トランスコンダクタンスgm12を大きくするためには、チャネル幅Wを大きくすること、チャネル長Lを小さくすること、及びドレイン電流IDを増加させることの少なくとも一方が必要である。
The operation and effect of this embodiment will be described. In the following description, an operational amplifier in which the first resistor R1 and the second resistor R2 are omitted from the
The input conversion noise voltage as the noise of the output signal Sout of the
第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル幅Wを大きくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル長Lを大きくする場合、素子面積が増加してしまう。そして素子面積が増加すると、寄生容量の増加などのトランジスタの特性劣化の要因となる。一方、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル長Lを小さくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル幅Wを小さくする場合、短チャネル効果や狭チャネル効果によりしきい値電圧が変動してしまう。また第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のドレイン電流I(ID1,ID2)を増加させる場合、オペアンプ1の消費電流が増加してしまう。
When the channel width W of the first transistor M1 and the second transistor M2 is increased, or when the channel length L of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is increased, the element area increases. When the element area increases, it becomes a factor of deterioration of transistor characteristics such as an increase in parasitic capacitance. On the other hand, when the channel length L of the first transistor M1 and the second transistor M2 is reduced, or when the channel width W of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is reduced, the threshold value is set due to the short channel effect or the narrow channel effect. The voltage fluctuates. Further, when the drain currents I (ID1 and ID2) of the first transistor M1 and the second transistor M2 are increased, the current consumption of the
そこで、出力信号Soutのノイズを低減するためには、能動負荷の各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34を小さくすることが考えられる。(式2)から分かるとおり、トランスコンダクタンスgmを小さくするためには、ドレイン電流IDを小さくすることが考えられる。このため、トランスコンダクタンスgm34を小さくするために、各トランジスタM3,M4に流れる電流を小さくすることが考えられる。しかし、比較オペアンプでは、各トランジスタM3,M4に流れる電流を小さくする場合、差動対10の各トランジスタM1,M2に流れる電流も小さくなる。その結果、比較オペアンプでは、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が小さくなり、(式1)から分かるとおり、比較オペアンプの出力信号のノイズの低減の妨げとなる。
Therefore, in order to reduce the noise of the output signal Sout, it is conceivable to reduce the transconductance gm34 of each of the active load transistors M3 and M4. As can be seen from (Equation 2), in order to reduce the transconductance gm, it is conceivable to reduce the drain current ID. Therefore, in order to reduce the transconductance gm34, it is conceivable to reduce the current flowing through each of the transistors M3 and M4. However, in the comparative operational amplifier, when the current flowing through the transistors M3 and M4 is reduced, the current flowing through the transistors M1 and M2 of the
その点、本実施形態のオペアンプ1Dでは、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって各トランジスタM3,M4に電流が流れたときに各トランジスタM3,M4のソース電位を上昇させることにより、各トランジスタM3,M4に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34が減るため、オペアンプ1Dの出力信号Soutのノイズを低減できる。
In that respect, in the
図22は、比較オペアンプの入力換算雑音電圧並びにオペアンプ1Dの入力換算雑音電圧と、周波数との関係を示している。図22の破線のグラフG6は、比較オペアンプの入力換算雑音電圧を示し、図22の実線のグラフG7は、オペアンプ1Dの入力換算雑音電圧を示す。図22のグラフG6,G7から分かるとおり、比較オペアンプに比べ、オペアンプ1Dの入力換算雑音電圧が低下している。
FIG. 22 shows the relationship between the input-converted noise voltage of the comparative operational amplifier and the input-converted noise voltage of the
(第7実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Dは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 7th embodiment)
The
・オペアンプ1Dは、カレントミラー回路12に変えて、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92を有してもよい。この場合、カスコードカレントミラー回路91の第10トランジスタM10と第2の電源配線3との間に第1抵抗R1が設けられ、第11トランジスタM11と第2の電源配線3との間に第2抵抗R2が設けられる。
The
・第1抵抗R1の抵抗値及び第2抵抗R2の抵抗値は、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4の比に応じて変更してもよい。
・オペアンプ1Dにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Dにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
The resistance value of the first resistance R1 and the resistance value of the second resistance R2 may be changed according to the ratio of the third transistor M3 and the fourth transistor M4.
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Dにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。またオペアンプ1Dにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Dは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
(第8実施形態)
図23を参照して、第8実施形態のオペアンプ1Eについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Eは、第7実施形態のオペアンプ1Dに比べ、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位の制御方法が異なる。
(8th Embodiment)
The
オペアンプ1Eは、第7実施形態のオペアンプ1Dに、第3トランジスタM3のソース電位を制御する第1制御部110Aと、第4トランジスタM4のソース電位を制御する第2制御部110Bとを追加した構成である。
The
第1制御部110Aは、第3トランジスタM3のソースと第1抵抗R1との間のノードNA1に供給する電流を制御することにより、第3トランジスタM3のソース電位を制御する。第1制御部110Aは、第1定電流源111と、第1の制御用トランジスタMA1とを含む。本実施形態の第1の制御用トランジスタMA1はNチャネルMOSFETである。第1定電流源111は、第1の電源配線2と第1の制御用トランジスタMA1との間に設けられている。第1定電流源111は、トランジスタ(図示略)を含む。第1定電流源111のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第1定電流源111のトランジスタのドレインは第1の制御用トランジスタMA1のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第1の制御用トランジスタMA1のソースは第3トランジスタM3のソースと第1抵抗R1との間のノードNA1に接続され、第1の制御用トランジスタMA1のゲートは第3トランジスタM3のゲート及びドレインに接続されている。この構成により、第1制御部110Aは、第3トランジスタM3のゲート電圧によって第1の制御用トランジスタMA1のゲート電圧が制御され、定電流源11の定電流Itに比例した第1電流Ic1がノードNA1に供給される。なお、第1の制御用トランジスタのゲートは「第1の制御用トランジスタの制御端子」に相当し、第2の制御用トランジスタのゲートは「第2の制御用トランジスタの制御端子」に相当する。
The
第2制御部110Bは、第4トランジスタM4のソースと第2抵抗R2との間のノードNA2に供給する電流を制御することにより、第4トランジスタM4のソース電位を制御する。第2制御部110Bは、第2定電流源112と、第2の制御用トランジスタMA2とを含む。本実施形態の第2の制御用トランジスタMA2はNチャネルMOSFETである。第2定電流源112は、第1の電源配線2と第2の制御用トランジスタMA2との間に設けられている。第2定電流源112は、トランジスタ(図示略)を含む。第2定電流源112のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第2定電流源112のトランジスタのドレインは第2の制御用トランジスタMA2のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第2の制御用トランジスタMA2のソースは第4トランジスタM4のソースと第2抵抗R2との間のノードNA2に接続され、第2の制御用トランジスタMA2のゲートは第3トランジスタM3のゲート及びドレインに接続されている。この構成により、第2制御部110Bは、第3トランジスタM3のゲート電圧によって第2の制御用トランジスタMA2のゲート電圧が制御され、定電流源11の定電流Itに比例した第2電流Ic2がノードNA2に供給される。
The
このように、第3トランジスタM3のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第4トランジスタM4のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第3トランジスタM3のソース電位及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。加えて、第7実施形態において説明したように、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第7実施形態に比べ、各トランジスタM3,M4のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が一層低下する。
As described above, the source of the third transistor M3 is supplied with the first current Ic1 from the
さらに、本実施形態の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタは、第1実施形態の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタと同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)及び(1-6)に記載のように、出力信号Soutのノイズを効果的に低減できる。
Further, the transistors M1 to M4 of the present embodiment and the transistors of the constant
各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタは、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタM1~M4は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタは高濃度トランジスタである。各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMA1,MA2及び各定電流源111,112のトランジスタは、表面チャネル型のMOSFETである。
Since the transistors of the transistors MA1 and MA2 and the constant
本実施形態によれば、さらに以下の効果が得られる。
(8-1)第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2におけるチャネル領域の不純物濃度が各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いため、各トランジスタMA1,MA2のしきい値電圧のばらつきを抑制でき、第1制御部110A及び第2制御部110Bが安定して動作できる。
According to this embodiment, the following effects can be further obtained.
(8-1) Since the impurity concentration in the channel region of the first control transistor MA1 and the second control transistor MA2 is higher than the impurity concentration in the channel region of each of the transistors M1 to M4, the transistors MA1 and MA2 are used. The variation of the threshold voltage can be suppressed, and the
(8-2)第1定電流源111のトランジスタ及び第2定電流源112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度が各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いため、各定電流源111,112におけるトランジスタのしきい値電圧のばらつきを抑制でき、第1制御部110A及び第2制御部110Bが安定して動作できる。
(8-2) Since the impurity concentration in the channel region of the transistor of the first constant
(8-3)第1制御部110Aの第1定電流源111及び第2制御部110Bの第2定電流源112のPチャネルMOSFETであるトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、定電流源11のPチャネルMOSFETであるトランジスタのチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Eを製造する工程を簡略化することができる。
(8-3) The impurity concentration in the channel region of the transistor, which is the P-channel MOSFET of the first constant
(第8実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Eは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the eighth embodiment)
The
・オペアンプ1Eにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Eにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Eにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Eにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Eにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Eは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Eは、カレントミラー回路12に変えて、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92を有してもよい。この場合、カスコードカレントミラー回路91の第10トランジスタM10と第2の電源配線3との間に第1抵抗R1が設けられ、第11トランジスタM11と第2の電源配線3との間に第2抵抗R2が設けられる。第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1のソースは、第10トランジスタM10のソースと第1抵抗R1との間のノード(図示略)に接続され、第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2のソースは、第11トランジスタM11のソースと第2抵抗R2との間のノード(図示略)に接続される。
The
また、第1制御部110Aの第1定電流源111及び第2制御部110Bの第2定電流源112のPチャネルMOSFETであるトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路92のPチャネルMOSFETである第16トランジスタM16及び第17トランジスタM17のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタM16,M17のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Eを製造する工程を簡略化することができる。
Further, the impurity concentration in the channel region of the transistor which is the P channel MOSFET of the first constant
また、第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1及び第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2のチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路91の第12トランジスタM12及び第13トランジスタM13のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMA1,MA2のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタM12,M13のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Eを製造する工程を簡略化することができる。
Further, the impurity concentration in the channel region of the first control transistor MA1 of the
(第9実施形態)
図24及び図25を参照して、第9実施形態のオペアンプ1Fについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Fは、第1実施形態のオペアンプ1に比べ、バックゲートバイアス回路20が省略され、電流調整部120が追加された点で異なる。
(9th Embodiment)
The
図24に示すように、電流調整部120は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に流れる電流を、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流よりも大きくする。より詳細には、電流調整部120は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に流れる電流を定電流源11の定電流Itよりも増加させ、各トランジスタM1,M2に流れる電流の増加分の電流を第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流さないようにする。電流調整部120は、電流供給部121及び分岐部122を含む。
As shown in FIG. 24, the
電流供給部121は、定電流源11の定電流Itとは別に、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に電流を供給する。電流供給部121は、第1の供給用トランジスタMB1、第2の供給用トランジスタMB2、及び第3の供給用トランジスタMB3を含む。本実施形態の第1の供給用トランジスタMB1及び第3の供給用トランジスタMB3はPチャネルMOSFETであり、第2の供給用トランジスタMB2はNチャネルMOSFETである。
The
第1の供給用トランジスタMB1及び第2の供給用トランジスタMB2は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列回路を構成している。第1の供給用トランジスタMB1のソースは第1の電源配線2に接続され、第1の供給用トランジスタMB1のゲートは第1の供給用トランジスタMB1のドレインに接続され、第1の供給用トランジスタMB1のドレインは第2の供給用トランジスタMB2のドレインに接続されている。第2の供給用トランジスタMB2のソースは第2の電源配線3に接続されている。なお、第2の供給用トランジスタのゲートは「第2の供給用トランジスタの制御端子」に相当する。
The first supply transistor MB1 and the second supply transistor MB2 form a series circuit between the first
第3の供給用トランジスタMB3は、第1の電源配線2と差動対10との間に設けられている。第3の供給用トランジスタMB3のソースは第1の電源配線2に接続され、第3の供給用トランジスタMB3のドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続され、第3の供給用トランジスタMB3のゲートは第1の供給用トランジスタMB1のゲートに接続されている。これにより、第1の供給用トランジスタMB1及び第3の供給用トランジスタMB3は、カレントミラー回路を構成している。
The third supply transistor MB3 is provided between the first
本実施形態では、第1の供給用トランジスタMB1の電流量と第2の供給用トランジスタMB2の電流量とは互いに等しい。第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3とのサイズ比(電流比)は、1:1である。 In the present embodiment, the current amount of the first supply transistor MB1 and the current amount of the second supply transistor MB2 are equal to each other. The size ratio (current ratio) of the first supply transistor MB1 and the third supply transistor MB3 is 1: 1.
分岐部122は、第1トランジスタM1に流れるドレイン電流の増加分の電流及び第2トランジスタM2に流れるドレイン電流の増加分の電流のそれぞれを第2の電源配線3に流す。分岐部122は、第1分岐回路123及び第2分岐回路124を含む。
The
第1分岐回路123は、第3トランジスタM3と並列に接続された第1の調整用トランジスタの一例である第1の分岐用トランジスタMB4を含む。本実施形態の第1の分岐用トランジスタMB4は、NチャネルMOSFETである。第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第2の電源配線3に接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のゲートは第3トランジスタM3のドレイン(ゲート)に接続されている。
The
第2分岐回路124は、第4トランジスタM4と並列に接続された第2の調整用トランジスタの一例である第2の分岐用トランジスタMB5を含む。本実施形態の第2の分岐用トランジスタMB5は、NチャネルMOSFETである。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第2の電源配線3に接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のゲートは第3トランジスタM3のドレイン(ゲート)に接続されている。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは、出力端子OUTが接続されるノードN1よりも第2トランジスタM2側に接続されている。
The
また第2の分岐用トランジスタMB5のゲートには、第2の供給用トランジスタMB2のゲートが接続されている。このように、各分岐用トランジスタMB4,MB5、第2の供給用トランジスタMB2、及び第3トランジスタM3は、カレントミラー回路を構成している。なお、第1の分岐用トランジスタMB4のゲートは「第1の調整用トランジスタの制御端子」に相当し、第2の分岐用トランジスタMB5のゲートは「第2の調整用トランジスタの制御端子」に相当する。 Further, the gate of the second supply transistor MB2 is connected to the gate of the second branch transistor MB5. As described above, the branching transistors MB4 and MB5, the second supply transistor MB2, and the third transistor M3 form a current mirror circuit. The gate of the first branch transistor MB4 corresponds to the "control terminal of the first adjustment transistor", and the gate of the second branch transistor MB5 corresponds to the "control terminal of the second adjustment transistor". do.
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第2の供給用トランジスタMB2の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第2の供給用トランジスタMB2に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第3トランジスタM3のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第3トランジスタM3に流れる電流(第4トランジスタM4に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the third transistor M3 and the fourth transistor M4 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the third transistor M3, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are different. It becomes equal to the current flowing through the three transistors M3 (the current flowing through the fourth transistor M4).
次に、オペアンプ1Fに流れる電流、特に電流調整部120に流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。
オペアンプ1Fにおいて、差動対10には、定電流2ID、及び第3の供給用トランジスタMB3からの供給電流IDB3が供給される。供給電流IDB3は、各トランジスタMB1,MB3からなるカレントミラー回路によって第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2に比例した電流である。本実施形態では、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比が1:1であるため、供給電流IDB3は電流IDB2と等しい。詳述すると、電流IDB2は、各トランジスタM3,MB4,MB5,MB2からなるカレントミラー回路によって第3トランジスタM3の電流ID3に比例した電流である。本実施形態では、各トランジスタMB4,MB5と各トランジスタM3,M4との電流比は1:1であるため、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5は、電流ID3と等しい。加えて、第2の供給用トランジスタMB2と各トランジスタMB4,MB5とはカレントミラー回路を構成しているため、第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。すなわち、差動対10に供給される供給電流IDB3は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。さらに、各トランジスタM3,M4,MB4,MB5に流れる電流は互いに等しいため、各トランジスタM3,M4に流れる電流を合計した電流(ID3+ID4)、すなわち定電流2IDと、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流(IDB4+IDB5)とは互いに等しい。このため、本実施形態では、供給電流IDB3と定電流2IDとが互いに等しい。
Next, the current flowing through the
In the
また、各トランジスタM1,M2のそれぞれに流れる電流IDxは、定電流2IDと供給電流IDB3との入力が同相の場合、すなわち入力信号であるゲート電圧が同相の場合、IDx=(2ID+IDB3)/2となる。このように、各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxは、電流ID(定電流2ID/2)よりも電流IDB3の1/2分だけ大きくなる。一方、第3トランジスタM3とカレントミラー回路を構成する分岐部122の各トランジスタMB4,MB5により、各トランジスタM1,M2のドレインより電流IDB4,IDB5がそれぞれ引き抜かれる。これにより、第3トランジスタM3に流れる電流ID3は、IDx-IDB4となり、第4トランジスタM4に流れる電流ID4は、IDx-IDB5となる。このため、本実施形態の電流IDB4,IDB5のそれぞれは、電流IDB3の1/2となる。すなわち、各トランジスタM1,M2に流れる電流の増加分、すなわち電流供給部121からの供給電流分を各トランジスタMB4,MB5に流している。このように、電流調整部120は、定電流源11の定電流2IDと等しい電流を差動対10に供給するとともに、定電流2IDの1/2の電流を各トランジスタMB4,MB5に流すことにより、各トランジスタM3,M4には電流IDのみが流れるようにしている。このため、電流調整部120は、各トランジスタM1,M2に流す電流を増加させても各トランジスタM3,M4に流れる電流を増加させない。
Further, the current IDx flowing through each of the transistors M1 and M2 is IDx = (2ID + IDB3) / 2 when the inputs of the constant current 2ID and the supply current IDB3 are in phase, that is, when the gate voltage which is an input signal is in phase. Become. In this way, the current IDx flowing through each of the transistors M1 and M2 is larger than the current ID (constant current 2ID / 2) by 1/2 of the current IDB3. On the other hand, the currents IDB4 and IDB5 are pulled out from the drains of the transistors M1 and M2 by the third transistor M3 and the transistors MB4 and MB5 of the
本実施形態の作用について説明する。本実施形態のオペアンプ1Fと比較する比較オペアンプは、差動対10と能動負荷となるカレントミラー回路12とのみからなる構成である。
The operation of this embodiment will be described. The comparative operational amplifier to be compared with the
本実施形態のオペアンプ1Fや比較オペアンプのような構成の出力信号Soutのノイズとしての入力換算雑音電圧は、第1実施形態の(式1)によって示される。(式1)から分かるとおり、入力換算雑音電圧Vn2を小さくするためには、第1トランジスタM1~第4トランジスタM4のチャネル幅W及びチャネル長Lの少なくとも一方を大きくすること、トランスコンダクタンスgm34を小さくすること、及びトランスコンダクタンスgm12を大きくすることの少なくとも1つが必要である。また第1実施形態の(式2)から分かるとおり、トランスコンダクタンスgm34を小さくするためには、チャネル長Lを大きくすること、及びチャネル幅Wを小さくすることの少なくとも一方が必要であり、トランスコンダクタンスgm12を大きくするためには、チャネル幅Wを大きくすること、チャネル長Lを小さくすること、及びドレイン電流IDを増加させることの少なくとも一方が必要である。
The input conversion noise voltage as the noise of the output signal Sout having a configuration such as the
第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル幅Wを大きくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル長Lを大きくする場合、素子面積が増加してしまう。そして素子面積が増加すると、寄生容量の増加などのトランジスタの特性劣化の要因となる。一方、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のチャネル長Lを小さくする場合、又は第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のチャネル幅Wを小さくする場合、短チャネル効果や狭チャネル効果によりしきい値電圧が変動してしまう。 When the channel width W of the first transistor M1 and the second transistor M2 is increased, or when the channel length L of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is increased, the element area increases. When the element area increases, it becomes a factor of deterioration of transistor characteristics such as an increase in parasitic capacitance. On the other hand, when the channel length L of the first transistor M1 and the second transistor M2 is reduced, or when the channel width W of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is reduced, the threshold value is set due to the short channel effect or the narrow channel effect. The voltage fluctuates.
そこで、(式1)から分かるとおり、出力信号Soutのノイズを低減するためには、差動対10の各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12を大きくすることが考えられる。一方、カレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34を大きくすると出力信号Soutのノイズが大きくなる。
Therefore, as can be seen from (Equation 1), in order to reduce the noise of the output signal Sout, it is conceivable to increase the transconductance gm12 of each transistor M1 and M2 of the
また、(式2)から分かるとおり、トランスコンダクタンスgmを大きくするためには、ドレイン電流IDを大きくすることが考えられる。このため、トランスコンダクタンスgm12を大きくするために、各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxを大きくすることが考えられる。ここで、比較オペアンプでは、各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxを大きくした場合、各トランジスタM3,M4に流れる電流ID3,ID4も大きくなる。その結果、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34が大きくなってしまい、(式1)から分かるとおり、出力信号Soutのノイズの低減の妨げとなる。 Further, as can be seen from (Equation 2), in order to increase the transconductance gm, it is conceivable to increase the drain current ID. Therefore, in order to increase the transconductance gm12, it is conceivable to increase the current IDx flowing through each of the transistors M1 and M2. Here, in the comparative operational amplifier, when the current IDx flowing through the transistors M1 and M2 is increased, the currents ID3 and ID4 flowing through the transistors M3 and M4 are also increased. As a result, the transconductance gm34 of each of the transistors M3 and M4 becomes large, and as can be seen from (Equation 1), it hinders the reduction of noise in the output signal Sout.
さらに、一般にオペアンプのスルーレートSRは、位相補償容量Ccとドレイン電流IDとから、SR=ID/Ccにより規定される。このため、スルーレートSRは、ドレイン電流IDが増加するにつれて大きくなり、その結果、オペアンプ1Fの動作が高速となり、発振などの問題が発生し易くなる。一方、スルーレートSRを抑制するため、位相補償容量Ccを増大させると、チップ面積が大きくなってしまう。
Further, generally, the slew rate SR of the operational amplifier is defined by SR = ID / Cc from the phase compensation capacitance Cc and the drain current ID. Therefore, the slew rate SR increases as the drain current ID increases, and as a result, the operation of the
その点、本実施形態では、電流調整部120によって差動対10の各トランジスタM1,M2に流す電流を増加させ、能動負荷となるカレントミラー回路12の各トランジスタM3,M4に流す電流を増加させないようにしている。これにより、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が増加する一方、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34が増加しない。したがって、出力信号Soutのノイズを低減できる。加えて、分岐部122によって出力端子OUTへの出力電流に寄与する電流は、合計で電流2IDとなるため、差動対10に供給される電流が増加しても変化していない。このため、スルーレートSRが大きくなることを抑制できる。
In that respect, in the present embodiment, the
図25は、比較オペアンプの入力換算雑音電圧及びオペアンプ1Fの入力換算雑音電圧と、周波数との関係を示している。図25の破線で示すグラフG8は比較オペアンプの入力換算雑音電圧を示し、図25の実線で示すグラフG9はオペアンプ1Fの入力換算雑音電圧を示している。図25のグラフG8,G9から分かるとおり、比較オペアンプに比べ、オペアンプ1Fの入力換算雑音電圧が低下している。
FIG. 25 shows the relationship between the input-converted noise voltage of the comparative operational amplifier, the input-converted noise voltage of the
さらに、本実施形態のオペアンプ1Fの各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタは、第1実施形態のオペアンプ1の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタと同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)及び(1-6)に記載のように、出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
Further, the transistors M1 to M4 of the
電流調整部120の各トランジスタMB1~MB5は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタM1~M4は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMB1~MB5は高濃度トランジスタである。各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMB1~MB5は、表面チャネル型のMOSFETである。
Since each of the transistors MB1 to MB5 of the
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(9-1)電流供給部121によって、差動対10を構成する第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に供給する電流を定電流2IDよりも増加させることができるため、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のトランスコンダクタンスgm12を増加させることができる。一方、分岐部122によって、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2からの電流の一部が分岐部122に流れるため、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流が第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2に流れる電流よりも小さくなる。このため、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のトランスコンダクタンスgm34の増加を抑制できる。したがって、オペアンプ1Fの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(9-1) Since the current supplied to the first transistor M1 and the second transistor M2 constituting the
(9-2)第1の分岐用トランジスタMB4及び第2の分岐用トランジスタMB5の素子ばらつきに起因して第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4と第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5とに差が生じると、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4に影響し、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のオフセット電圧が生じる場合がある。 (9-2) Current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 and current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 due to element variation of the first branching transistor MB4 and the second branching transistor MB5. If there is a difference between the two, the currents ID3 and ID4 flowing through the third transistor M3 and the fourth transistor M4 may be affected, and an offset voltage of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 may be generated.
本実施形態では、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDと等しいことにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4への影響を低減できる。 In the present embodiment, the current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 and the current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 are equal to the current ID, which is caused by the element variation of the branching transistors MB4 and MB5. The influence on the currents ID3 and ID4 flowing through the three transistors M3 and the fourth transistor M4 can be reduced.
(9-3)電流調整部120における各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度が各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いことにより、各トランジスタMB1~MB5のしきい値電圧のばらつきを抑制でき、電流調整部120が安定して動作できる。
(9-3) Since the impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 to MB5 in the
(9-4)電流調整部120における各トランジスタMB1,MB3のチャネル領域の不純物濃度と、定電流源11のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Fを製造する工程を簡略化することができる。
(9-4) The impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 and MB3 in the
(第9実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Fは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the ninth embodiment)
The
・オペアンプ1Fの電流調整部120において、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4への影響を一層低減できる。
In the
・オペアンプ1Fにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Fにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Fにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。またオペアンプ1Fにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Fは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
(第10実施形態)
図26を参照して、第10実施形態のオペアンプ1Gについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Gは、第9実施形態のオペアンプ1Fと比較して、能動負荷としてカレントミラー回路からカスコードカレントミラー回路に変更した点及びバイアス回路が追加された点が主に異なる。なお、本実施形態のカスコードカレントミラー回路及びバイアス回路は、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92と同様であるため、同様の符号を用い、その説明を省略する。
(10th Embodiment)
The
オペアンプ1Gは、カレントミラー回路12からカスコードカレントミラー回路91に変更したことにより、電流調整部120における分岐部122の第1分岐回路123及び第2分岐回路124の接続構成が次のように異なる。
Since the
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4は、第1トランジスタM1のドレインと第10トランジスタM10のドレインとの間のノードNB1に接続されている。より詳細には、第1の分岐用トランジスタMB4のドレインはノードNB1に接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第2の電源配線3に接続されている。第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5は、第2トランジスタM2のドレインと第11トランジスタM11のドレインとの間のノードNB2に接続されている。より詳細には、第2の分岐用トランジスタMB5のドレインはノードNB2に接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第2の電源配線3に接続されている。各トランジスタMB4,MB5のゲートは、第10トランジスタM10のゲートに共通して接続されている。また電流調整部120の電流供給部121の第2の供給用トランジスタMB2のゲートは、第10トランジスタM10のゲートに接続されている。このように、各トランジスタMB2,MB4,MB5は、第10トランジスタM10とカレントミラー回路を構成している。
The first branching transistor MB4 of the first branching
オペアンプ1Gに流れる電流、特に電流調整部120に流れる電流は、第9実施形態の第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4を第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11に置き換える以外は、第9実施形態の電流調整部120に流れる電流と同様である。このため、第9実施形態の(9-1)及び(9-2)の効果に準じた効果が得られる。
The current flowing through the
さらに、オペアンプ1Gを構成する各トランジスタは、第4実施形態のオペアンプ1Aを構成する各トランジスタのうちのバックゲートバイアス回路20のトランジスタを除くトランジスタの構造及び製造方法と同様である。つまり、各トランジスタM1,M2,M10~M17におけるチャネル領域の不純物濃度は、第4実施形態の各トランジスタM1,M2,M10~M17におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。また、定電流源11のトランジスタ、及び各トランジスタM12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度は、第4実施形態の定電流源11のトランジスタ、及び各トランジスタM12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、第4実施形態の(4-1)~(4-3)の効果に準じた効果を得ることができる。
Further, each transistor constituting the
また、本実施形態の各トランジスタMB1~MB5の構造及び製造方法は、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同様である。つまり、各トランジスタMB1~MB5は、そのチャネル領域の不純物濃度が第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じであり、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同様に表面チャネル型のMOSFETである。このため、第9実施形態の(9-3)及び(9-4)の効果と同様の効果が得られる。 Further, the structure and manufacturing method of the transistors MB1 to MB5 of the present embodiment are the same as those of the transistors MB1 to MB5 of the ninth embodiment. That is, each transistor MB1 to MB5 has the same impurity concentration in the channel region as the impurity concentration in the channel region in each transistor MB1 to MB5 of the ninth embodiment, and is the same as each transistor MB1 to MB5 of the ninth embodiment. It is a surface channel type MOSFET. Therefore, the same effects as those of (9-3) and (9-4) of the ninth embodiment can be obtained.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(10-1)電流調整部120における各トランジスタMB1,MB3のチャネル領域の不純物濃度と、定電流源11のトランジスタ及びバイアス回路92の各トランジスタM16,M17のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、バイアス回路92の各トランジスタM16,M17のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Gを製造する工程を簡略化することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(10-1) The impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 and MB3 in the
(10-2)電流調整部120における各トランジスタMB2,MB4,MB5のチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路91の各トランジスタM12,M13のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMB2,MB4,MB5のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタM12,M13のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Gを製造する工程を簡略化することができる。
(10-2) The impurity concentration in the channel region of each transistor MB2, MB4, MB5 in the
(第10実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Gは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the tenth embodiment)
The
・オペアンプ1Gの電流調整部120において、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11に流れる電流への影響を低減できる。
In the
・オペアンプ1Gにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
・オペアンプ1Gにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Gにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Gにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Gは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
(第11実施形態)
図27を参照して、第11実施形態のオペアンプ1Hについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Hは、第10実施形態のオペアンプ1Gに比べ、電流調整部120の電流量を能動負荷を構成する各トランジスタM10,M11とは別に調整する点が主に異なる。
(11th Embodiment)
The
電流調整部120は、調整電流源125を含む。調整電流源125は、電流供給部121による差動対10に供給する電流量、及び分岐部122により差動対10からの電流を分岐させて第2の電源配線3に供給する電流量を調整する。調整電流源125は、第1の電源配線2及び第2の電源配線3の間に設けられ、定電流源126及びトランジスタMB6を含む。
The
定電流源126は、第1の電源配線2とトランジスタMB6との間に設けられている。定電流源126は、トランジスタを含む。本実施形態のトランジスタは、PチャネルMOSFETである。
The constant
トランジスタMB6は、定電流源126に接続されている。本実施形態のトランジスタは、NチャネルMOSFETである。トランジスタMB6のドレインは定電流源126に接続され、トランジスタMB6のソースは第2の電源配線3に接続され、トランジスタMB6のゲートはトランジスタMB6のドレインに接続されている。
The transistor MB6 is connected to the constant
本実施形態では、電流供給部121の第2の供給用トランジスタMB2のゲート、及び分岐部122の各トランジスタMB4,MB5のゲートは、トランジスタMB6のゲートに共通して接続されている。すなわち、各トランジスタMB2,MB4~MB6は、カレントミラー回路を構成している。また各トランジスタMB2,MB4~MB6のゲート電圧は、トランジスタMB6のゲート電圧によって制御される。
In the present embodiment, the gate of the second supply transistor MB2 of the
次に、オペアンプ1Hに流れる電流、特に電流調整部120に流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。
オペアンプ1Hにおいて、差動対10には、定電流2ID及び第3の供給用トランジスタMB3から供給電流IDB3が供給される。本実施形態においても第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比が1:1であるため、供給電流IDB3は電流IDB2と等しい。詳述すると、供給電流IDB3は、各トランジスタMB1,MB3からなるカレントミラー回路によって第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2に比例した電流である。本実施形態では、各トランジスタMB4,MB5と第2の供給用トランジスタMB2とはカレントミラー回路を構成しているため、第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。各トランジスタMB4,MB5のゲート電圧がトランジスタMB6のゲート電圧によって制御されるため、電流IDB2の大きさは、トランジスタMB6の流れる電流IDB6に比例する。
Next, the current flowing through the
In the
この場合、各トランジスタM1,M2のそれぞれに流れる電流IDxは、定電流2IDと供給電流IDB3との入力が同相の場合、すなわち入力信号であるゲート信号が同相の場合、IDx=(2ID+IDB3)/2となる。このように、各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxは、電流ID(定電流2ID/2)よりもIDB3の1/2分だけ大きくなる。一方、第10トランジスタM10とカレントミラー回路を構成する分岐部122の各トランジスタMB4,MB5により、各トランジスタM1,M2のドレインより電流IDB4,IDB5がそれぞれ引き抜かれる。これにより、第10トランジスタM10に流れる電流ID10は、IDx-IDB4となり、第11トランジスタM11に流れる電流ID11は、IDx-IDB5となる。このため、本実施形態の電流IDB4,IDB5のそれぞれは、電流IDB3の1/2となる。すなわち、各トランジスタM1,M2に流れる電流の増加分を各トランジスタMB4,MB5に流している。このように、電流調整部120は、各トランジスタM1,M2に流す電流を増加させても各トランジスタM10,M11に流れる電流を増加させない。これにより、差動対10の各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgmを増加させる一方、能動負荷の各トランジスタM10,M11のトランスコンダクタンスgmを増加させないため、オペアンプ1Hの出力信号Soutのノイズを低減できる。
In this case, the current IDx flowing through each of the transistors M1 and M2 is IDx = (2ID + IDB3) / 2 when the inputs of the constant current 2ID and the supply current IDB3 are in phase, that is, when the gate signal which is an input signal is in phase. It becomes. In this way, the current IDx flowing through each of the transistors M1 and M2 is larger than the current ID (constant current 2ID / 2) by 1/2 of the IDB3. On the other hand, the currents IDB4 and IDB5 are drawn from the drains of the transistors M1 and M2 by the 10th transistor M10 and the transistors MB4 and MB5 of the
各トランジスタM1,M2,M10~M17及び定電流源11のトランジスタは、第4実施形態の各トランジスタM1,M2,M10~M17及び定電流源11のトランジスタの構造及び製造方法と同様である。つまり、各トランジスタM1,M2,M10~M17及び定電流源11のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、第4実施形態の各トランジスタM1,M2,M10~M17及び定電流源11のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。
The transistors of the transistors M1, M2, M10 to M17 and the constant
また、各トランジスタMB1~MB5の構造は、第9及び第10実施形態の各トランジスタMB1~MB5の構造と同様である。つまり、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度は、第9及び第10実施形態の各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、第9実施形態の(9-3)及び(9-4)の効果、及び第10実施形態の(10-1)及び(10-2)の効果と同様の効果が得られる。 Further, the structure of each transistor MB1 to MB5 is the same as the structure of each transistor MB1 to MB5 of the ninth and tenth embodiments. That is, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MB1 to MB5 is the same as the impurity concentration of the channel region in each of the transistors MB1 to MB5 of the ninth and tenth embodiments. Therefore, the same effects as the effects of (9-3) and (9-4) of the ninth embodiment and the effects of (10-1) and (10-2) of the tenth embodiment can be obtained.
また、定電流源126のトランジスタ及び調整電流源125のトランジスタMB6におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。定電流源126のトランジスタ及びトランジスタMB6は、表面チャネル型のMOSFETである。
Further, the impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(11-1)調整電流源125によって、差動対10から分岐部122に流れる電流は、調整電流源125の定電流源126からトランジスタMB6に流れる電流に比例した電流となる。このため、差動対10から分岐部122に流れる電流を、調整電流源125によって電流供給部121から独立して設定できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(11-1) The current flowing from the
(11-2)定電流源126のトランジスタ及び調整電流源125のトランジスタMB6におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高いことにより、各トランジスタMB1~MB5のしきい値電圧のばらつきを抑制でき、電流調整部120が安定して動作できる。
(11-2) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(11-3)定電流源126のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、定電流源11のトランジスタ及びバイアス回路92の各トランジスタM16,M17のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、定電流源126のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源11のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、バイアス回路92の各トランジスタM16,M17のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Hを製造する工程を簡略化することができる。
(11-3) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(11-4)トランジスタMB6のチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路91の各トランジスタM12,M13のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMB6のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタM12,M13のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Hを製造する工程を簡略化することができる。
(11-4) The impurity concentration in the channel region of the transistor MB6 and the impurity concentration in the channel region of each of the transistors M12 and M13 of the cascode
(第11実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Hは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the eleventh embodiment)
The
・オペアンプ1Hの電流調整部120において、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11に流れる電流への影響を低減できる。
In the
・オペアンプ1Hは、カスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92に代えて、カレントミラー回路12を有してもよい。
・オペアンプ1Hにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
The
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
・オペアンプ1Hにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Hにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Hにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Hは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
(第12実施形態)
図28を参照して、第12実施形態のオペアンプ1Iについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Iは、第7実施形態のオペアンプ1Dに、電流調整部120A並びに第4実施形態の出力段93及びコンデンサ94を追加した構成である。
(12th Embodiment)
The operational amplifier 1I of the twelfth embodiment will be described with reference to FIG. 28. The operational amplifier 1I of the present embodiment has a configuration in which the
電流調整部120Aは、第10実施形態の電流調整部120と比較して、電流供給部121に第3抵抗R3が追加された点、及び第1分岐回路123及び第2分岐回路124の接続構成が異なる。
The
電流供給部121の第3抵抗R3は、第2の供給用トランジスタMB2と第2の電源配線3との間に設けられている。第3抵抗R3の第1端子は第2の供給用トランジスタMB2のソースに接続され、第3抵抗R3の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。第3抵抗R3は、第2の供給用トランジスタMB2のソース電位を上昇させる。第3抵抗R3の抵抗値は、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4と第2の供給用トランジスタMB2との比に応じて決められる。本実施形態の第3抵抗R3の抵抗値は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と等しい。
The third resistance R3 of the
第1分岐回路123は、第1トランジスタM1のドレインと、第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNC1とに接続されている。より詳細には、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースはノードNC1に接続されている。
The
第2分岐回路124は、第2トランジスタM2のドレインと、第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNC2とに接続されている。より詳細には、第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースはノードNC2に接続されている。
The
次に、オペアンプ1Iに流れる電流、特に電流調整部120Aに流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。なお、供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさについては、第9実施形態の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様であるため、その説明を省略する。
Next, the current flowing through the operational amplifier 1I, particularly the current flowing through the
第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34の増加が抑制される。
As described in the ninth embodiment, the supply current IDB3 having the same amount of current as the current IDB2, which is the sum of the currents IDB4 and IDB5 flowing through the transistors MB4 and MB5, is supplied to the
第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4は、第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNC1に流れ、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5は、第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNC2に流れる。このため、第3トランジスタM3のソース電位及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。加えて、第7実施形態において説明したように、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第7実施形態に比べ、各トランジスタM3,M4のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が低下する。このように、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12を増加させる一方、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34を低下させることにより、オペアンプ1Iの出力信号Soutのノイズを低減できる。 The current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 flows through the node NC1 between the third transistor M3 and the first resistor R1, and the current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 is the fourth transistor M4 and the first. It flows to the node NC2 between the two resistors R2. Therefore, the source potential of the third transistor M3 and the source potential of the fourth transistor M4 increase. In addition, as described in the seventh embodiment, the source potentials of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 are increased by the first resistance R1 and the second resistance R2. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors M3 and M4 are further increased as compared with the seventh embodiment. Therefore, the transconductance gm34 on the circuit is reduced. In this way, by increasing the transconductance gm12 of each of the transistors M1 and M2 and decreasing the transconductance gm34 of each of the transistors M3 and M4, the noise of the output signal Sout of the operational amplifier 1I can be reduced.
さらに、本実施形態のオペアンプ1Iの各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタは、第1実施形態の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタと同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)及び(1-6)に記載のように出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。また本実施形態の電流調整部120Aの各トランジスタMB1~MB5は、第9実施形態の電流調整部120の各トランジスタMB1~MB5と同じ構成及び製造方法である。つまり、本実施形態の各トランジスタMB1~MB5は、そのチャネル領域の不純物濃度が第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じであり、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同様に表面チャネル型のMOSFETである。
Further, the transistors M1 to M4 of the operational amplifier 1I and the transistors of the constant
(第12実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Iは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the twelfth embodiment)
The operational amplifier 1I of this embodiment can be changed as follows. The following modifications can be combined with each other as long as there is no technical contradiction.
・オペアンプ1Iの電流調整部120Aにおいて、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4への影響を一層低減できる。
In the
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、及び第3抵抗R3の抵抗値は、第3トランジスタM3、第4トランジスタM4、及び第2の供給用トランジスタMB2の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, and the resistance value of the third resistance R3 depend on the ratio of the third transistor M3, the fourth transistor M4, and the second supply transistor MB2. You may change it.
・オペアンプ1Iにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Iにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the operational amplifier 1I, an embedded channel type MOSFET such as the transistors M1 to M4 of the second embodiment may be applied instead of lowering the impurity concentration in the channel region. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, the second implementation is any one or two sets of the sets of the transistors M1 and M2 constituting the
・オペアンプ1Iにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Iにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Iにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Iは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the operational amplifier 1I, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors M1 to M4 may have the same structure as the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, the third embodiment includes any one or two sets of the transistors M1 and M2 constituting the
(第13実施形態)
図29を参照して、第13実施形態のオペアンプ1Jについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Jは、第12実施形態のオペアンプ1Iと比較して、能動負荷としてカレントミラー回路からカスコードカレントミラー回路に変更した点及びバイアス回路が追加された点が主に異なる。なお、本実施形態のカスコードカレントミラー回路及びバイアス回路は、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92と同様であるため、同様の符号を用い、その説明を省略する。
(13th Embodiment)
The
オペアンプ1Jは、カレントミラー回路12からカスコードカレントミラー回路91に変更したことにより、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の接続構成、並びに電流調整部120Aにおける分岐部122の第1分岐回路123及び第2分岐回路124の接続構成が次のように異なる。
By changing the
第1抵抗R1は第10トランジスタM10と第2の電源配線3との間に設けられ、第2抵抗R2は第11トランジスタM11と第2の電源配線3との間に設けられている。より詳細には、第1抵抗R1の第1端子は第10トランジスタM10のソースに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。第2抵抗R2の第1端子は第11トランジスタM11のソースに接続され、第2抵抗R2の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The first resistance R1 is provided between the tenth transistor M10 and the second
第1分岐回路123は、第1トランジスタM1のドレインと、第10トランジスタM10と第1抵抗R1との間のノードND1とに接続されている。より詳細には、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースはノードND1に接続されている。
The
第2分岐回路124は、第2トランジスタM2のドレインと、第11トランジスタM11と第2抵抗R2との間のノードND2とに接続されている。より詳細には、第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースはノードND2に接続されている。
The
各トランジスタMB4,MB5のゲートは、第10トランジスタM10のゲートに共通して接続されている。また電流調整部120Aの電流供給部121の第2の供給用トランジスタMB2のゲートは、第10トランジスタM10のゲートに接続されている。このように、各トランジスタMB2,MB4,MB5は、第10トランジスタM10とカレントミラー回路を構成している。このように、第10トランジスタM10のゲート電圧によって、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が制御される。
The gates of the transistors MB4 and MB5 are commonly connected to the gate of the tenth transistor M10. Further, the gate of the second supply transistor MB2 of the
次に、オペアンプ1Jに流れる電流、特に電流調整部120Aに流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。なお、供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID10,ID11の大きさについては、第9実施形態の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様であるため、その説明を省略する。
Next, the current flowing through the
第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、各トランジスタM10,M11のトランスコンダクタンスgm34の増加が抑制される。
As described in the ninth embodiment, the supply current IDB3 having the same amount of current as the current IDB2, which is the sum of the currents IDB4 and IDB5 flowing through the transistors MB4 and MB5, is supplied to the
加えて、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4は、第10トランジスタM10と第1抵抗R1との間のノードND1に流れ、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5は、第11トランジスタM11と第2抵抗R2との間のノードND2に流れる。このため、第10トランジスタM10のソース電位及び第11トランジスタM11のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第12実施形態と同様に、各トランジスタM10,M11のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。このように、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12を増加させる一方、各トランジスタM10,M11のトランスコンダクタンスgmを低下させることにより、オペアンプ1Jの出力信号Soutのノイズを低減できる。
In addition, the current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 flows through the node ND1 between the tenth transistor M10 and the first resistor R1, and the current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 is the eleventh transistor. It flows to the node ND2 between M11 and the second resistor R2. Therefore, the source potential of the 10th transistor M10 and the source potential of the 11th transistor M11 increase. In addition, the first resistance R1 and the second resistance R2 raise the source potentials of the tenth transistor M10 and the eleventh transistor M11. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors M10 and M11 are further increased as in the twelfth embodiment. Therefore, the transconductance gm on the circuit is reduced. In this way, by increasing the transconductance gm12 of each of the transistors M1 and M2 and decreasing the transconductance gm of each of the transistors M10 and M11, the noise of the output signal Sout of the
さらに、オペアンプ1Jを構成する各トランジスタは、第4実施形態のオペアンプ1Aを構成する各トランジスタのうちのバックゲートバイアス回路20のトランジスタを除くトランジスタの構造及び製造方法と同様である。つまり、各トランジスタM1,M2,M10~M17におけるチャネル領域の不純物濃度は、第4実施形態の各トランジスタM1,M2,M10~M17におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。また、定電流源11のトランジスタ、及び各トランジスタM12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度は、第4実施形態の定電流源11のトランジスタ、及び各トランジスタM12,M13,M16,M17におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、第4実施形態の(4-1)~(4-3)の効果に準じた効果が得られる。
Further, each transistor constituting the
また、各トランジスタMB1~MB5の構造は、第9及び第10実施形態の各トランジスタMB1~MB5の構造と同様である。つまり、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度は、第9及び第10実施形態の各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、第9実施形態の(9-3)及び(9-4)の効果、及び第10実施形態の(10-1)及び(10-2)の効果と同様の効果が得られる。 Further, the structure of each transistor MB1 to MB5 is the same as the structure of each transistor MB1 to MB5 of the ninth and tenth embodiments. That is, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MB1 to MB5 is the same as the impurity concentration of the channel region in each of the transistors MB1 to MB5 of the ninth and tenth embodiments. Therefore, the same effects as the effects of (9-3) and (9-4) of the ninth embodiment and the effects of (10-1) and (10-2) of the tenth embodiment can be obtained.
(第13実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Jは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the thirteenth embodiment)
The
・オペアンプ1Jの電流調整部120Aにおいて、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第10トランジスタM10及び第11トランジスタM11に流れる電流への影響を低減できる。
In the
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、及び第3抵抗R3の抵抗値は、第10トランジスタM10、第11トランジスタM11、及び第2の供給用トランジスタMB2の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, and the resistance value of the third resistance R3 depend on the ratio of the tenth transistor M10, the eleventh transistor M11, and the second supply transistor MB2. You may change it.
・オペアンプ1Jにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
・オペアンプ1Jにおける各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1,M2,M10,M11,M14,M15を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Jにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Jにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、カスコードカレントミラー回路91の電流源を構成する各トランジスタM10,M11の組、及びバイアス回路92の電流源を構成する各トランジスタM14,M15の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Jは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor M1, M2, M10, M11, M14, M15 in the
(第14実施形態)
図30を参照して、第14実施形態のオペアンプ1Kについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Kは、第12実施形態のオペアンプ1Iと比較して、能動負荷としての第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位の制御方法、及び電流調整部の構成が主に異なる。
(14th Embodiment)
The
オペアンプ1Kにおいて、定電流源11は、トランジスタMC1を含む。本実施形態のトランジスタMC1は、PチャネルMOSFETである。トランジスタMC1のソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタMC1のドレインは第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソースに接続され、トランジスタMC1のゲートはバイアス端子BIASに接続されている。
In the
オペアンプ1Kは、第12実施形態のオペアンプ1Iの電流調整部120A(図28参照)とは構成が異なる電流調整部120Bと、電流制御部130と、出力段140とをさらに含む。出力段140には、位相補償のためのコンデンサ141が接続されている。
The
電流調整部120Bは、第1分岐回路123及び第2分岐回路124の接続構成、並びに第1分岐回路123及び第2分岐回路124に第4抵抗R4及び第5抵抗R5が追加された点がオペアンプ1Iの電流調整部120Aと異なる。
The
第1分岐回路123は、第1トランジスタM1のドレインと第2の電源配線3とに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4及び第4抵抗R4を含む。第1の分岐用トランジスタMB4及び第4抵抗R4は直列回路を構成している。第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタM1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第4抵抗R4の第1端子に接続されている。第4抵抗R4の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。本実施形態の第4抵抗R4の抵抗値は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と等しい。
The
第2分岐回路124は、第2トランジスタM2のドレインと第2の電源配線3とに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5及び第5抵抗R5を含む。第2の分岐用トランジスタMB5及び第5抵抗R5は直列回路を構成している。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタM2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第5抵抗R5の第1端子に接続されている。第5抵抗R5の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。本実施形態の第5抵抗R5の抵抗値は、第4抵抗R4の抵抗値と等しい。すなわち第5抵抗R5の抵抗値は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と等しい。
The
電流制御部130は、第3トランジスタM3のソースと第1抵抗R1との間のノードNE1及び第4トランジスタM4のソースと第2抵抗R2との間のノードNE2のそれぞれに電流を供給することにより、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位を上昇させる。電流制御部130は、第3トランジスタM3のソース電位を制御する第1制御部131と、第4トランジスタM4のソース電位を制御する第2制御部132とを含む。
The
第1制御部131は、第1の電源配線2とノードNE1との間に設けられ、トランジスタMC2及びトランジスタMC3からなる直列回路である。本実施形態では、トランジスタMC2がPチャネルMOSFETであり、トランジスタMC3がNチャネルMOSFETである。トランジスタMC2は、第1の電源配線2とトランジスタMC3との間に設けられている。トランジスタMC2のソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタMC2のドレインはトランジスタMC3のドレインに接続され、トランジスタMC2のゲートはトランジスタMC1のゲートに共通に接続され、バイアス端子BIASに接続されている。トランジスタMC3のソースはノードNE1に接続されている。
The
第2制御部132は、第1の電源配線2とノードNE2との間に設けられ、トランジスタMC4及びトランジスタMC5からなる直列回路である。本実施形態では、トランジスタMC4がPチャネルMOSFETであり、トランジスタMC5がNチャネルMOSFETである。トランジスタMC4は、第1の電源配線2とトランジスタMC5との間に設けられている。トランジスタMC4のソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタMC4のドレインはトランジスタMC5のドレインに接続され、トランジスタMC4のゲートはトランジスタMC1のゲートに接続され、バイアス端子BIASに接続されている。トランジスタMC5のソースはノードNE2に接続されている。トランジスタMC5のゲートは、トランジスタMC3のゲートに接続され、カレントミラー回路12の第3トランジスタM3のゲートに接続されている。つまり、各トランジスタMC3,MC5は、各トランジスタMB2,MB4,MB5と同様に、第3トランジスタM3とカレントミラー回路を構成している。
The
出力段140は、ソース接地回路であり、トランジスタMC6及びトランジスタMC7からなる直列回路である。本実施形態では、トランジスタMC6はPチャネルMOSFETであり、トランジスタMC7はNチャネルMOSFETである。トランジスタMC6は、第1の電源配線2とトランジスタMC7との間に設けられている。トランジスタMC6のソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタMC6のドレインはトランジスタMC7のドレインに接続され、トランジスタMC6のゲートはトランジスタMC1のゲートと共通に接続され、バイアス端子BIASに接続されている。トランジスタMC7のソースは第2の電源配線3に接続され、トランジスタMC7のゲートは第2トランジスタM2のドレインと第4トランジスタM4のドレインとの間のノードNE3に接続されている。またトランジスタMC6のドレインとトランジスタMC7のドレインとの間のノードNE4には、出力端子OUTが接続されている。
The
次に、オペアンプ1Kに流れる電流、特に電流調整部120B及び電流制御部130に流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。なお、電流調整部120Bにおける供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさについては、第9実施形態の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様であるため、その説明を省略する。
Next, the current flowing through the
第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34の増加が抑制される。
As described in the ninth embodiment, the supply current IDB3 having the same amount of current as the current IDB2, which is the sum of the currents IDB4 and IDB5 flowing through the transistors MB4 and MB5, is supplied to the
電流制御部130のトランジスタMC3及びトランジスタMC5が能動負荷の第3トランジスタM3とカレントミラー回路を構成することにより、トランジスタMC3には第3トランジスタM3に流れる電流ID3に比例した電流IDC3が流れ、トランジスタMC5には電流ID3に比例した電流IDC5が流れる。電流IDC3は第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNE1に流れ、電流IDC5は第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNE2に流れる。その結果、各トランジスタM3,M4のソース電位が上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が一層低下する。
When the transistor MC3 and the transistor MC5 of the
さらに、本実施形態の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタMC1が第1実施形態の各トランジスタM1~M4及び定電流源11のトランジスタと同じ構成及び製造方法であるため、第1実施形態の(1-5)及び(1-6)に記載のように出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
Further, since the transistors M1 to M4 of the present embodiment and the transistors MC1 of the constant
また、本実施形態の各トランジスタMB1~MB5の構造は、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5の構造と同様である。つまり、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度は、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と同じである。このため、第9実施形態の(9-3)及び(9-4)と同様の効果が得られる。 Further, the structure of the transistors MB1 to MB5 of the present embodiment is the same as the structure of the transistors MB1 to MB5 of the ninth embodiment. That is, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MB1 to MB5 is the same as the impurity concentration of the channel region in each of the transistors MB1 to MB5 of the ninth embodiment. Therefore, the same effects as (9-3) and (9-4) of the ninth embodiment can be obtained.
また、定電流源11のトランジスタMC1、電流制御部130のトランジスタMC2~MC5、及び出力段140のトランジスタMC6,MC7は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMC1~MC7におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMC1~MC7におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMC1~MC7は高濃度トランジスタである。各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMC1~MC7におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMC1~MC7におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。本実施形態では、各トランジスタMC1~MC7におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度と概ね等しい。また各トランジスタMC1~MC7は、表面チャネル型のMOSFETである。
Further, since the transistors MC1 of the constant
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(14-1)定電流源11のトランジスタMC1のチャネル領域の不純物濃度と、電流制御部130の各トランジスタMC2,MC4,MC6のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Bの各トランジスタMB1,MB3のチャネル領域の不純物濃度とが互いに等しい。この構成によれば、トランジスタMC1のN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMC2,MC4,MC6のN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Kを製造する工程を簡略化することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(14-1) Impurity concentration in the channel region of the transistor MC1 of the constant
(14-2)電流制御部130の各トランジスタMC3,MC5のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Bの第2の供給用トランジスタMB2のチャネル領域の不純物濃度とが互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMC3,MC5のP型ウェル層41を形成する工程と、第2の供給用トランジスタMB2のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Kを製造する工程を簡略化することができる。
(14-2) The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MC3 and MC5 of the
(第14実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Kは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 14th embodiment)
The
・オペアンプ1Kの電流調整部120Bにおいて、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4への影響を一層低減できる。
In the
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、第3抵抗R3の抵抗値、第4抵抗R4の抵抗値、及び第5抵抗R5の抵抗値は、第3トランジスタM3、第4トランジスタM4、第2の供給用トランジスタMB2、第1の分岐用トランジスタMB4、及び第2の分岐用トランジスタMB5の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, the resistance value of the third resistance R3, the resistance value of the fourth resistance R4, and the resistance value of the fifth resistance R5 are the third transistors M3 and the fourth. It may be changed according to the ratio of the transistor M4, the second supply transistor MB2, the first branch transistor MB4, and the second branch transistor MB5.
・オペアンプ1Kにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Kにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Kにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Kにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Kにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Kは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
(第15実施形態)
図31を参照して、第15実施形態のオペアンプ1Lについて説明する。
オペアンプ1Lは、反転入力端子INNと非反転入力端子INPの電位差を増幅し、出力端子OUTから出力信号Soutを出力する。オペアンプ1Lは、差動増幅段150、出力段155、バックゲートバイアス回路20、及び補正回路156を備え、ひとつの半導体基板に一体集積化されている。
(15th Embodiment)
The
The
差動増幅段150は、差動対151、定電流源152、位相補償回路153、及び定電流回路154を有する。
差動対151は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2を有する。本実施形態では、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2はPチャネルMOSFETである。第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2は、エンハンスメント型の構造である。第1トランジスタMD1のゲートは反転入力端子INNに接続され、第2トランジスタMD2のゲートは非反転入力端子INPに接続される。差動対151は、反転入力端子INN及び非反転入力端子INPのそれぞれの入力電圧Vinn,Vinpに応じた差動電流Imb1,Imb2を生成する。
The
The
定電流源152は、差動対151に定電流Itを供給する。定電流源152は、PチャネルMOSFETである第3トランジスタMD3を有する。第3トランジスタMD3のゲートは第1バイアス端子BIAS1に接続される。第3トランジスタMD3のソースは、第1の電源配線2に接続されている。第3トランジスタMD3のドレインは、位相補償回路153に接続されている。
The constant
位相補償回路153は、差動対151と定電流源152との間に設けられている。位相補償回路153は、第1補償用抵抗RD1、第2補償用抵抗RD2、及び補償用キャパシタCD1を有する。第1補償用抵抗RD1は第1トランジスタMD1のソースと定電流源152との間に設けられ、第2補償用抵抗RD2は第2トランジスタMD2のソースと定電流源152との間に設けられている。補償用キャパシタCD1は、第1トランジスタMD1のソースと第2トランジスタMD2のソースとの間に接続されている。
The
定電流回路154は、第1トランジスタMD1のドレイン及び第2トランジスタMD2のドレインに接続され、定電流Imb4,Imb5を生成する。定電流回路154は、第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5を有する。本実施形態では、第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5は、NチャネルMOSFETである。特に、第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5は、エンハンスメント型の構造である。第4トランジスタMD4のゲート及び第5トランジスタMD5のゲートは共通に接続されている。第4トランジスタMD4のドレインは第1トランジスタMD1のドレインに接続され、第4トランジスタMD4のソースは第2の電源配線3に接続されている。第5トランジスタMD5のドレインは第2トランジスタMD2のドレインに接続され、第5トランジスタMD5のソースは第2の電源配線3に接続されている。第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5は、定電流源152が生成する定電流Itに比例した電流Imb4,Imb5が流れるように、第1バイアス端子BIAS1の電圧Vbias1に応じた電圧によってバイアスされる。
The constant
具体的な構成としては、オペアンプ1Lは、第11トランジスタMD11及び第12トランジスタMD12を有する。第12トランジスタMD12はPチャネルMOSFETであり、第11トランジスタMD11はNチャネルMOSFETである。第12トランジスタMD12のソースは第1の電源配線2に接続され、第12トランジスタMD12のドレインは第11トランジスタMD11のドレインに接続されている。第12トランジスタMD12のゲートは第1バイアス端子BIAS1と接続される。第11トランジスタMD11のソースは第2の電源配線3に接続され、第11トランジスタMD11のゲートは第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5のゲートに接続されるとともに第11トランジスタMD11のドレインに接続されている。すなわち、第11トランジスタMD11は、第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5とともにカレントミラー回路を形成している。第12トランジスタMD12には、定電流Itに比例した電流Imb12が流れるため、第11トランジスタMD11とともにカレントミラー回路を形成する第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5に流れる電流Imb4,Imb5は、定電流Itと比例関係にある。
As a specific configuration, the
出力段155は、第1トランジスタMD1のドレイン及び第2トランジスタMD2のドレインに接続され、出力信号Soutを生成する。出力段155は、第6トランジスタMD6~第9トランジスタMD9の4つのトランジスタを有する。本実施形態では、第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7はNチャネルMOSFETであり、第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9はPチャネルMOSFETである。特に、第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9は、エンハンスメント型の構造である。
The
第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7のゲートは、第2バイアス端子BIAS2と接続され、所定のバイアス電圧Vbias2が印加される。第6トランジスタMD6のソースは第1トランジスタMD1のドレインに接続され、第7トランジスタMD7のソースは第2トランジスタMD2のドレインに接続されている。第6トランジスタMD6のドレインは第8トランジスタMD8のドレインに接続され、第7トランジスタMD7のドレインは第9トランジスタMD9のドレインに接続されている。また第6トランジスタMD6のドレインは出力端子OUTに接続されている。 The gates of the sixth transistor MD6 and the seventh transistor MD7 are connected to the second bias terminal BIAS2, and a predetermined bias voltage Vbias2 is applied. The source of the sixth transistor MD6 is connected to the drain of the first transistor MD1, and the source of the seventh transistor MD7 is connected to the drain of the second transistor MD2. The drain of the 6th transistor MD6 is connected to the drain of the 8th transistor MD8, and the drain of the 7th transistor MD7 is connected to the drain of the 9th transistor MD9. Further, the drain of the sixth transistor MD6 is connected to the output terminal OUT.
第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9は、カレントミラー回路を構成している。詳細には、第8トランジスタMD8のゲート及び第9トランジスタMD9のゲートは共通に接続され、第9トランジスタMD9のゲートは第9トランジスタMD9のドレインに接続されている。第8トランジスタMD8のソース及び第9トランジスタMD9のソースは、第1の電源配線2に接続されている。
The eighth transistor MD8 and the ninth transistor MD9 form a current mirror circuit. Specifically, the gate of the 8th transistor MD8 and the gate of the 9th transistor MD9 are connected in common, and the gate of the 9th transistor MD9 is connected to the drain of the 9th transistor MD9. The source of the eighth transistor MD8 and the source of the ninth transistor MD9 are connected to the first
補正回路156は、第1トランジスタMD1のソース電圧Vs1及び第2トランジスタMD2のソース電圧Vs2に基づいて、定電流回路154に流れる電流を補正する。補正回路156の2つの出力は、第1トランジスタMD1のドレイン及び第2トランジスタMD2のドレインと接続され、第1トランジスタMD1のソース電圧Vs1と第2トランジスタMD2のソース電圧Vs2との電位差に応じた差動の補正電流Icmp1,Icmp2を生成する。
The
補正回路156は、補正差動対157及び補正電流源158を有する。
補正差動対157は、PNP型の第1補正トランジスタQ1及び第2補正トランジスタQ2を有する。PNP型のバイポーラトランジスタは、差動対151のPチャネルMOSFETと同極性である。第1補正トランジスタQ1のベースには第1トランジスタMD1のソース電圧Vs1が入力され、第2補正トランジスタQ2のベースには第2トランジスタMD2のソース電圧Vs2が入力される。第1補正トランジスタQ1のコレクタは第1トランジスタMD1のドレインに接続され、第2補正トランジスタQ2のコレクタは第2トランジスタMD2のドレインに接続されている。第1補正トランジスタQ1及び第2補正トランジスタQ2のエミッタは補正電流源158に接続されている。
The
The correction
補正電流源158は、PチャネルMOSFETである第10トランジスタMD10を有する。第10トランジスタMD10のソースは第1の電源配線2に接続され、第10トランジスタMD10のドレインは補正差動対157に接続されている。第10トランジスタMD10のゲートは第1バイアス端子BIAS1と接続されている。このため、補正電流源158が生成する定電流I2は、定電流源152の定電流Itと比例関係にある。
The correction
次に、オペアンプ1Lの動作について説明する。
第1補償用抵抗RD1の抵抗値及び第2補償用抵抗RD2の抵抗値の間にミスマッチが発生し、RD1=R、RD2=R+ΔRとなったと仮定する。この場合、第1トランジスタMD1の差動電流Imb1はΔI増加し(Imb1=I/2+ΔI)、第2トランジスタMD2の差動電流Imb2はΔI減少する(Imb2=I/2-ΔI)。このため、第2トランジスタMD2のソース電圧Vs2が第1トランジスタMD1のソース電圧Vs1よりも低くなることにより、補正差動対157の第2補正トランジスタQ2に流れる補正電流Icmp2が増加し(Icmp2=I2/2+ΔI’)、第1補正トランジスタQ1に流れる補正電流Icmp1が減少する(Icmp1=I2/2-ΔI’)。
Next, the operation of the
It is assumed that a mismatch occurs between the resistance value of the first compensation resistor RD1 and the resistance value of the second compensation resistor RD2, and RD1 = R and RD2 = R + ΔR. In this case, the differential current Imb1 of the first transistor MD1 increases by ΔI (Imb1 = I / 2 + ΔI), and the differential current Imb2 of the second transistor MD2 decreases by ΔI (Imb2 = I / 2-ΔI). Therefore, when the source voltage Vs2 of the second transistor MD2 becomes lower than the source voltage Vs1 of the first transistor MD1, the correction current Icmp2 flowing through the second correction transistor Q2 of the correction
差動対151から定電流回路154に流れ込む差動電流には、補正回路156の補正電流が重畳される。したがって、補正後の差動電流は、Imb1+Icmp1、Imb2+Icmp2である。つまり、第1トランジスタMD1の電流Imb1の増加分ΔIが、第1補正トランジスタQ1の電流Icmp1の減少分ΔI’と打ち消しあい、第2トランジスタMD2の電流Imb2の減少分ΔIが、第2補正トランジスタQ2の電流Icmp2の増加分ΔI’と打ち消しあう。このように、補正回路156は、第1補償用抵抗RD1及び第2補償用抵抗RD2のミスマッチに起因するソース電圧Vs1,Vs2の差分、言い換えればオペアンプ1Lの入力オフセット電圧Vosを、差動の補正電流Icmp1,Icmp2に変換し、定電流回路154に流れる込むドレイン電流Imb1+Icmp1,Imb2+Icmp2が一定となるようにフィードバックがかかる。
The correction current of the
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の共通のバックゲートと第1の電源配線2とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第3バイアス端子BIAS3を介して第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに接続されている。バックゲートバイアス回路20の構成は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20の構成(図2参照)と同じである。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のソース電位と第1の電源電圧VDDとの中間電圧よりも第1の電源電圧VDD側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2に印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDよりも高くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。より詳細には、バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることがより好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
The
さらに、本実施形態では、出力段155の出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、オペアンプ1Lの複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、オペアンプ1Lの複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうち出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちオペアンプ1Lの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。詳細には、オペアンプ1Lにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い部分は差動対151、定電流回路154、及び出力段155の一部であり、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い部分は定電流源152、出力段155の他の一部、補正回路156、及びバックゲートバイアス回路20である。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the
本実施形態では、差動対151、定電流回路154、及び出力段155の一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源152、バックゲートバイアス回路20、出力段155の他の一部、及び補正回路156のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、差動対151、定電流回路154、及び出力段155の一部を構成するトランジスタは、低濃度トランジスタであり、定電流源152、バックゲートバイアス回路20、出力段155の他の一部、及び補正回路156を構成するトランジスタは、高濃度トランジスタである。具体的には、第1トランジスタMD1、第2トランジスタMD2、第4トランジスタMD4、第5トランジスタMD5、第8トランジスタMD8、第9トランジスタMD9、及び第11トランジスタMD11におけるチャネル領域の不純物濃度を、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタ、第3トランジスタMD3、第6トランジスタMD6、第7トランジスタMD7、第10トランジスタMD10、並びに第12トランジスタMD12におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、第1トランジスタMD1、第2トランジスタMD2、第4トランジスタMD4、第5トランジスタMD5、第8トランジスタMD8、第9トランジスタMD9、及び第11トランジスタMD11は低濃度トランジスタであり、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタ、第3トランジスタMD3、第6トランジスタMD6、第7トランジスタMD7、第10トランジスタMD10、並びに第12トランジスタMD12は高濃度トランジスタである。
In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region in some transistors of the
各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタM5~M9,MD3,MD6,MD7,MD10,MD12及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタM5~M9,MD3,MD6,MD7,MD10,MD12及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration in the channel region of each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 is the impurity concentration in the channel region of each transistor M5 to M9, MD3, MD6, MD7, MD10, MD12 and the constant
なお、各トランジスタMD1~MD12のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第1実施形態の第1トランジスタM1等のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETと同様の構造及び製造方法である。 The structures and manufacturing methods of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs of the transistors MD1 to MD12 are the same as those of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs such as the first transistor M1 of the first embodiment.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(15-1)バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲート(第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のN型ウェル層39におけるバックゲートにバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなる。したがって、オペアンプ1Lの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(15-1) The
(15-2)バックゲートバイアス回路20は、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDよりも大きくすることにより、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のトランスコンダクタンスgm12が一層大きくなるため、オペアンプ1Lの出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
(15-2) In the back
(15-3)バイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の寄生ダイオードがオンする電圧未満に設定することにより、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2が安定して動作できる。 (15-3) By setting the bias voltage VB to a voltage lower than the voltage at which the parasitic diodes of the first transistor MD1 and the second transistor MD2 are turned on, the first transistor MD1 and the second transistor MD2 can operate stably.
(15-4)バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2が安定して動作できる。特に、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近となるため、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2がより安定して動作できる。 (15-4) By setting the bias voltage VB to a voltage other than the same voltage as the first power supply voltage VDD within a predetermined range including the first power supply voltage VDD, the backgate-source voltage VBS becomes large. Therefore, the transconductance gm12 of the first transistor MD1 and the second transistor MD2 becomes large, and the first transistor MD1 and the second transistor MD2 can operate stably. In particular, by setting the bias voltage VB to a voltage other than the voltage within ± 20% of the first power supply voltage VDD, which is the same as the first power supply voltage VDD, the backgate source voltage VBS becomes the backgate source. Since the inter-voltage voltage is near VBSH, the transconductance gm12 of the first transistor MD1 and the second transistor MD2 becomes large, and the first transistor MD1 and the second transistor MD2 can operate more stably.
(15-5)オペアンプ1Lが補正回路156を有する。この構成によれば、補正回路156によって差動対151から定電流回路154に流れ込む差動電流に補正電流が流れるため、位相補償用の第1補償用抵抗RD1及び第2補償用抵抗RD2のミスマッチに起因するオペアンプ1Lの入力オフセット電圧Vosを小さくすることができる。
(15-5) The
(15-6)差動対151を構成する第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のチャネル領域の不純物濃度は、第6トランジスタMD6のチャネル領域の不純物濃度及びバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(15-6) The impurity concentration in the channel region of the first transistor MD1 and the second transistor MD2 constituting the
(15-7)定電流回路154の電流源を構成する第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5のチャネル領域の不純物濃度、及び第11トランジスタMD11のチャネル領域の不純物濃度は、第6トランジスタMD6のチャネル領域の不純物濃度及びバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い定電流回路154の電流源を構成する各トランジスタMD4,MD5のチャネル領域の不純物濃度及び第11トランジスタMD11のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(15-7) The impurity concentration in the channel region of the fourth transistor MD4 and the fifth transistor MD5 constituting the current source of the constant
(15-8)カレントミラー回路を構成する第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9のチャネル領域の不純物濃度は、第6トランジスタMD6のチャネル領域の不純物濃度及びバックゲートバイアス回路20の複数のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカレントミラー回路の各トランジスタMD8,MD9の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Lの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(15-8) The impurity concentration in the channel region of the 8th transistor MD8 and the 9th transistor MD9 constituting the current mirror circuit is the impurity concentration in the channel region of the 6th transistor MD6 and the channels in the plurality of transistors of the
(15-9)差動対151を構成する第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のチャネル領域の不純物濃度と、カレントミラー回路を構成する第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMD1,MD2のN型ウェル層70を形成する工程と、各トランジスタMD8,MD9のN型ウェル層70を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Lを製造する工程を簡略化することができる。
(15-9) Impurity concentration in the channel region of the first transistor MD1 and the second transistor MD2 constituting the
(15-10)定電流源152における第3トランジスタMD3のチャネル領域の不純物濃度と、補正電流源158における第10トランジスタMD10のチャネル領域の不純物濃度と、第12トランジスタMD12のチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20における各トランジスタM5,M8,M9のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタMD3のN型ウェル層63を形成する工程と、第10トランジスタMD10のN型ウェル層63を形成する工程と、第12トランジスタMD12のN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタM6,M7のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Lを製造する工程を簡略化することができる。
(15-10) Impurity concentration in the channel region of the third transistor MD3 in the constant
(15-11)出力段155における第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7のチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20における各トランジスタM6,M7及び定電流源21のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMD6,MD7のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタM6,M7及び定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Lを製造する工程を簡略化することができる。
(15-11) Impurity concentration in the channel region of the 6th transistor MD6 and 7th transistor MD7 in the
(第15実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Lは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the fifteenth embodiment)
The
・オペアンプ1Lにおいて、第1の電源配線2と差動対151との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源152との間に第5実施形態の降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。また、バックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように、第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態と同様の効果が得られる。
In the
・図31に示すオペアンプ1Lは、図32に示すオペアンプ1Lのように変更できる。図32のオペアンプ1Lは、図31のオペアンプ1Lに比べ、差動増幅段150及び出力段155のMOSFETにおけるチャネル領域の導電型が主に異なる。図32では、説明の便宜上、補正回路156を簡略化して示している。
The
図32に示すように、差動対151の第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2及び定電流源152の第3トランジスタMD3はNチャネルMOSFETであり、定電流回路154の第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5はPチャネルMOSFETである。出力段155の第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7はPチャネルMOSFETであり、第8トランジスタMD8及び第9トランジスタMD9はNチャネルMOSFETである。また第11トランジスタMD11はPチャネルMOSFETであり、第12トランジスタMD12はNチャネルMOSFETである。
As shown in FIG. 32, the first transistor MD1 and the second transistor MD2 of the
第1トランジスタMD1のドレインは第4トランジスタMD4のドレインに接続され、第2トランジスタMD2のドレインは第5トランジスタMD5のドレインに接続されている。第1トランジスタMD1のソースは第1補償用抵抗RD1に接続され、第2トランジスタMD2のソースは第2補償用抵抗RD2に接続されている。第3トランジスタMD3のドレインは第1補償用抵抗RD1及び第2補償用抵抗RD2に接続され、第3トランジスタMD3のソースは第2の電源配線3に接続されている。第4トランジスタMD4、第5トランジスタMD5、及び第11トランジスタMD11のソースは第1の電源配線2に接続されている。第8トランジスタMD8、第9トランジスタMD9、及び第12トランジスタMD12のソースは第2の電源配線3に接続されている。第8トランジスタMD8のドレインは第6トランジスタMD6のドレインに接続され、第9トランジスタMD9のドレインは第7トランジスタMD7のドレインに接続され、第12トランジスタMD12のドレインは第11トランジスタMD11のドレインに接続されている。
The drain of the first transistor MD1 is connected to the drain of the fourth transistor MD4, and the drain of the second transistor MD2 is connected to the drain of the fifth transistor MD5. The source of the first transistor MD1 is connected to the first compensating resistor RD1, and the source of the second transistor MD2 is connected to the second compensating resistor RD2. The drain of the third transistor MD3 is connected to the first compensating resistor RD1 and the second compensating resistor RD2, and the source of the third transistor MD3 is connected to the second
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2の共通のバックゲートと第2の電源配線3とに接続されている。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のソース電位と第2の電源電圧VSSとの中間電圧よりも第2の電源電圧VSS側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSよりも低くてもよい。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSを含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSの±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。この構成によれば、第1トランジスタMD1及び第2トランジスタMD2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1の出力信号Soutのノイズを低減できる。このような図32のオペアンプ1Lにおいても、本実施形態のオペアンプ1Lと同様の効果が得られる。
The
・図32のオペアンプ1Lにおいて、図18のオペアンプ1Bの昇圧回路103を追加することもできる。この構成によれば、図18のオペアンプ1Bと同様の効果が得られる。また、図32のオペアンプ1Lのバックゲートバイアス回路20は、図20のオペアンプ1Cのように第4の電源配線5に接続することもできる。この構成によれば、図20のオペアンプ1Cと同様の効果が得られる。
-In the
・図31及び図32のオペアンプ1Lにおいて各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、図31及び図32のオペアンプ1Lにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
In the
・図31及び図32のオペアンプ1Lにおいて各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、図31及び図32のオペアンプ1Lにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、図31及び図32のオペアンプ1Lにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、図31及び図32のオペアンプ1Lは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
In addition to reducing the impurity concentration in the channel region for each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 in the
(第16実施形態)
図33を参照して、第16実施形態のオペアンプ1Mについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Mは、第15実施形態のオペアンプ1Lと比較して、バックゲートバイアス回路20が省略され、第8実施形態の第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3が追加された点が異なる。
(16th Embodiment)
The
第1抵抗R1は、第2の電源配線3と第4トランジスタMD4との間に設けられている。第1抵抗R1の第1端子は第4トランジスタMD4のソースに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The first resistance R1 is provided between the second
第2抵抗R2は、第2の電源配線3と第5トランジスタMD5との間に設けられている。第2抵抗R2の第1端子は第5トランジスタMD5のソースに接続され、第2抵抗R2の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The second resistance R2 is provided between the second
第3抵抗R3は、第2の電源配線3と第11トランジスタMD11との間に設けられている。第3抵抗R3の第1端子は第11トランジスタMD11のソースに接続され、第3抵抗R3の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The third resistance R3 is provided between the second
第1制御部110Aは、第1の電源配線2と、第4トランジスタMD4と第1抵抗R1との間のノードNF1とに接続されている。第1制御部110Aは、第4トランジスタMD4のソースと第1抵抗R1との間のノードNF1に供給する電流を制御することにより、第4トランジスタMD4のソース電位を制御する。本実施形態の第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1はNチャネルMOSFETである。第1定電流源111は、トランジスタ(図示略)を含む。第1定電流源111のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第1定電流源111のトランジスタのドレインは第1の制御用トランジスタMA1のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第1の制御用トランジスタMA1のソースは第4トランジスタMD4のソースと第1抵抗R1との間のノードNF1に接続され、第1の制御用トランジスタMA1のゲートは第4トランジスタMD4のゲートに接続されている。この構成により、第1制御部110Aは、定電流源152の定電流Itに比例した第1電流Ic1がノードNF1に供給される。
The
第2制御部110Bは、第1の電源配線2と、第5トランジスタMD5と第2抵抗R2との間のノードNF2とに接続されている。第2制御部110Bは、第5トランジスタMD5のソースと第2抵抗R2との間のノードNF2に供給する電流を制御することにより、第5トランジスタMD5のソース電位を制御する。本実施形態の第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2はNチャネルMOSFETである。第2定電流源112は、トランジスタ(図示略)を含む。第2定電流源112のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第2定電流源112のトランジスタのドレインは第2の制御用トランジスタMA2のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第2の制御用トランジスタMA2のソースは第5トランジスタMD5のソースと第2抵抗R2との間のノードNF2に接続され、第2の制御用トランジスタMA2のゲートは第4トランジスタMD4のゲートに接続されている。この構成により、第2制御部110Bは、定電流源152の定電流Itに比例した第2電流Ic2がノードNF2に供給される。
The
このように、第4トランジスタMD4のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第5トランジスタMD5のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第4トランジスタMD4のソース電位及び第5トランジスタMD5のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタMD4,MD5のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が低下する。
As described above, the source of the fourth transistor MD4 is supplied with the first current Ic1 from the
さらに、本実施形態のオペアンプ1Mの各トランジスタMD1~MD12は、第15実施形態の各トランジスタMD1~MD12と同じ構成である。このため、第15実施形態の(15-6)~(15-11)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the transistors MD1 to MD12 of the
また、第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMA1,MA2は高濃度トランジスタである。各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMA1,MA2は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, since the first control transistor MA1 and the second control transistor MA2 are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2 is set to each transistor MD1. , MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 are higher than the impurity concentration in the channel region. In other words, the impurity concentration in the channel region in each of the transistors M1 to M4 is lower than the impurity concentration in the channel region in each of the transistors MA1 and MA2. That is, the transistors MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, and MD11 are low-concentration transistors, and the transistors MA1 and MA2 are high-concentration transistors. The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, and MD11 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MA1 and MA2. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, and MD11 is about 1/10 of the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MA1 and MA2. Further, each transistor MA1 and MA2 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、第15実施形態の(15-5)の効果に加え、以下の効果が得られる。
(16-1)各制御部110A,110Bによって能動負荷の各トランジスタMD4,MD5のソース電位が上昇するように制御されることにより、各トランジスタMD4,MD5に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMD4,MD5のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Mの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, in addition to the effect of (15-5) of the fifteenth embodiment, the following effects can be obtained.
(16-1) By controlling the source potentials of the active load transistors MD4 and MD5 to increase by the
(16-2)定電流源152における第3トランジスタMD3のチャネル領域の不純物濃度と、補正電流源158における第10トランジスタMD10のチャネル領域の不純物濃度と、第12トランジスタMD12のチャネル領域の不純物濃度と、第1制御部110Aの定電流源111のトランジスタ及び第2制御部110Bの定電流源112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタMD3のN型ウェル層63を形成する工程と、第10トランジスタMD10のN型ウェル層63を形成する工程と、第12トランジスタMD12のN型ウェル層63を形成する工程と、各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Mを製造する工程を簡略化することができる。
(16-2) The impurity concentration in the channel region of the third transistor MD3 in the constant
(16-3)出力段155における第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7のチャネル領域の不純物濃度と、第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMD6,MD7のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタMA1,MA2のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Mを製造する工程を簡略化することができる。
(16-3) The impurity concentration in the channel region of the sixth transistor MD6 and the seventh transistor MD7 in the
(第16実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Mは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 16th embodiment)
The
・オペアンプ1Mから第1制御部110A及び第2制御部110Bを省略してもよい。この場合、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって各トランジスタMD4,MD5のソース電位が上昇する。
The
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、及び第3抵抗R3の抵抗値は、第4トランジスタMD4、第5トランジスタMD5、及び第11トランジスタMD11の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, and the resistance value of the third resistance R3 are changed according to the ratio of the fourth transistor MD4, the fifth transistor MD5, and the eleventh transistor MD11. May be good.
・オペアンプ1Mの各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Mにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 of the
・オペアンプ1Mの各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Mにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Mにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Mは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 of the
(第17実施形態)
図34を参照して、第17実施形態のオペアンプ1Nについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Nは、第16実施形態のオペアンプ1Mと比較して、第1制御部110A及び第2制御部110Bが省略され、電流調整部120Cが追加された点が異なる。
(17th Embodiment)
The
電流調整部120Cは、差動対151に電流を供給する電流供給部121と、差動対151からの電流の一部を引き抜く分岐部122とを有する。
電流供給部121は、トランジスタMB7、第11トランジスタMD11、及び第12トランジスタMD12から構成されている。本実施形態のトランジスタMB7はPチャネルMOSFETである。トランジスタMB7は、差動対151と第1の電源配線2との間に設けられている。トランジスタMB7のソースは第1の電源配線2に接続され、トランジスタMB7のドレインは差動対151の各トランジスタMD1,MD2のソースに接続され、トランジスタMB7のゲートは第1バイアス端子BIAS1に接続される。
The
The
本実施形態では、第12トランジスタMD12の電流量と第11トランジスタMD11の電流量とは互いに等しい。また第12トランジスタMD12とトランジスタMB7とのサイズ比(電流比)は、1:1である。 In the present embodiment, the amount of current of the 12th transistor MD12 and the amount of current of the 11th transistor MD11 are equal to each other. The size ratio (current ratio) between the 12th transistor MD12 and the transistor MB7 is 1: 1.
電流調整部120Cの分岐部122は、第14実施形態の電流調整部120Bの分岐部122と同様の構成である。
第1分岐回路123は、能動負荷の第3トランジスタに相当する第4トランジスタMD4と並列に接続された第1の調整用トランジスタの一例である第1の分岐用トランジスタMB4を含む。第1分岐回路123は、第1トランジスタMD1のドレインと、第4トランジスタMD4と第1抵抗R1との間のノードNG1とに接続されている。より詳細には、第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタMD1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースはノードNG1に接続されている。
The
The
第2分岐回路124は、能動負荷の第4トランジスタに相当する第5トランジスタMD5と並列に接続された第2の調整用トランジスタの一例である第2の分岐用トランジスタMB5を含む。第2分岐回路124は、第2トランジスタMD2のドレインと、第5トランジスタMD5と第2抵抗R2との間のノードNG2とに接続されている。より詳細には、第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタMD2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースはノードNG2に接続されている。
The
各トランジスタMB4,MB5のゲートは、第4トランジスタMD4及び第11トランジスタMD11のゲートに共通して接続されている。このように各トランジスタMD4,MB4,MB5は、第11トランジスタMD11とカレントミラー回路を構成している。すなわち、第11トランジスタMD11のゲート電圧によって、各トランジスタMD4,MB4,MB5のゲート電圧が制御される。 The gates of the transistors MB4 and MB5 are commonly connected to the gates of the fourth transistor MD4 and the eleventh transistor MD11. As described above, each transistor MD4, MB4, MB5 constitutes a current mirror circuit with the eleventh transistor MD11. That is, the gate voltage of each transistor MD4, MB4, MB5 is controlled by the gate voltage of the eleventh transistor MD11.
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMD11,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第11トランジスタMD11の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第11トランジスタMD11に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第4トランジスタMD4のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第4トランジスタMD4に流れる電流(第5トランジスタMD5に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the fourth transistor MD4 and the fifth transistor MD5 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the fourth transistor MD4, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are different. It is equal to the current flowing through the 4 -transistor M D4 (current flowing through the fifth transistor M D5 ).
次に、オペアンプ1Nに流れる電流、特に電流調整部120Cに流れる電流について説明する。
オペアンプ1Nにおいて、差動対151には、定電流It及びトランジスタMB7から供給電流IDB7が供給される。供給電流IDB7は、電流Imb12に比例した電流である。本実施形態では、第11トランジスタMD11と第12トランジスタMD12との電流比が1:1であるため、第11トランジスタMD11には電流Imb12が流れる。そして、供給電流IDB7は、各トランジスタMD12,MB7からなるカレントミラー回路によって第11トランジスタMD11に流れる電流Imb12に比例した電流である。本実施形態では、第12トランジスタMD12とトランジスタMB7との電流比が1:1であるため、供給電流IDB7は電流Imb12と等しい。詳述すると、電流Imb12は、各トランジスタMD4,MD11,MB4,MB5からなるカレントミラー回路によって電流Imb4に比例した電流である。本実施形態では、各トランジスタMB4,MB5と各トランジスタMD4,MD5との電流比は1:1であるため、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5は、電流Imb4と等しい。加えて、第11トランジスタMD11と各トランジスタMB4,MB5とはカレントミラー回路を構成しているため、第11トランジスタMD11に流れる電流Imb12は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。すなわち、差動対151に供給される供給電流IDB7は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。さらに、各トランジスタMD4,MD5,MB4,MB5に流れる電流は互いに等しいため、各トランジスタMD4,MD5に流れる電流を合計した電流(Imb4+Imb5)、すなわち定電流Itと、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流(IDB4+IDB5)とは互いに等しい。このため、本実施形態では、供給電流IDB7と定電流Itとが互いに等しい。
Next, the current flowing through the
In the
また、各トランジスタMD1,MD2のそれぞれに流れる電流Imb1,Imb2は、定電流Itと供給電流IDB7との入力が同相の場合、すなわち入力信号であるゲート電圧が同相の場合、Imb1,Imb2=(It+IDB7)/2となる。このように、各トランジスタMD1,MD2に流れる電流Imb1,Imb2は、定電流Itの1/2よりも供給電流IDB7の1/2分だけ大きくなる。一方、第4トランジスタMD4とカレントミラー回路を構成する分岐部122の各トランジスタMB4,MB5により、各トランジスタMD1,MD2のドレインより電流IDB4,IDB5がそれぞれ引き抜かれる。これにより、補正電流Icmp1,Icmp2を考慮しない場合、第4トランジスタMD4に流れる電流Imb4は、Imb1-IDB4となり、第5トランジスタMD5に流れる電流Imb5は、Imb2-IDB5となる。このため、本実施形態の電流IDB4,IDB5のそれぞれは、供給電流IDB7の1/2となる。すなわち、各トランジスタMD1,MD2に流れる電流の増加分を各トランジスタMB4,MB5に流している。このように、電流調整部120Cは、差動対151の各トランジスタMD1,MD2に流す電流を増加させても、能動負荷の各トランジスタMD4,MD5に流れる電流を増加させない。
Further, the currents Imb1 and Imb2 flowing through the transistors MD1 and MD2 are Imb1 and Imb2 = (It + IDB7) when the inputs of the constant current It and the supply current IDB7 are in phase, that is, when the gate voltage which is an input signal is in phase. ) / 2. As described above, the currents Imb1 and Imb2 flowing through the transistors MD1 and MD2 are larger than 1/2 of the constant current It by 1/2 of the supply current IDB7. On the other hand, the currents IDB4 and IDB5 are pulled out from the drains of the transistors MD1 and MD2 by the fourth transistor MD4 and the transistors MB4 and MB5 of the
加えて、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4は、第4トランジスタMD4と第1抵抗R1との間のノードNG1に流れ、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5は、第5トランジスタMD5と第2抵抗R2との間のノードNG2に流れる。このため、第4トランジスタMD4のソース電位及び第5トランジスタMD5のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第4トランジスタMD4及び第5トランジスタMD5のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第16実施形態と同様に、各トランジスタMD4,MD5のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が一層低下する。 In addition, the current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 flows through the node NG1 between the fourth transistor MD4 and the first resistor R1, and the current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 is the second. It flows through the node NG2 between the 5-transistor MD5 and the second resistor R2. Therefore, the source potential of the 4th transistor MD4 and the source potential of the 5th transistor MD5 increase. In addition, the first resistance R1 and the second resistance R2 raise the source potentials of the fourth transistor MD4 and the fifth transistor MD5. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors MD4 and MD5 are further increased as in the 16th embodiment. Therefore, the transconductance gm34 on the circuit is further reduced.
さらに、本実施形態のオペアンプ1Mの各トランジスタMD1~MD12は、第15実施形態の各トランジスタMD1~MD12と同じ構成である。このため、第15実施形態の(15-6)~(15-11)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the transistors MD1 to MD12 of the
また、各トランジスタMB4,MB5,MB7は、第9実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同じ構成である。つまり、各トランジスタMB4,MB5,MB7は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMB4,MB5,MB7におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB4,MB5,MB7におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMB4,MB5,MB7は高濃度トランジスタである。各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB4,MB5,MB7におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB4,MB5,MB7におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMB4,MB5,MB7は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, the transistors MB4, MB5, and MB7 have the same configuration as the transistors MB1 to MB5 of the ninth embodiment. That is, since each transistor MB4, MB5, MB7 is not easily affected by 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MB4, MB5, MB7 is set to each transistor MD1, MD2, MD4, MD5. , MD8, MD9, and MD11 are higher than the impurity concentration in the channel region. In other words, the impurity concentration in the channel region of each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 is lower than the impurity concentration in the channel region of each transistor MB4, MB5, MB7. That is, each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 is a low concentration transistor, and each transistor MB4, MB5, MB7 is a high concentration transistor. The impurity concentration in the channel region of each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each transistor MB4, MB5, MB7. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 is about 1/10 of the impurity concentration in the channel region of each transistor MB4, MB5, MB7. Further, each transistor MB4, MB5, MB7 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、第15実施形態の(15-5)の効果に加え、以下の効果が得られる。
(17-1)電流調整部120Cによって差動対151に供給する電流を増加させる一方、能動負荷に供給する電流を増加させないため、差動対151の各トランジスタMD1,MD2のトランスコンダクタンスが増加し、能動負荷の各トランジスタMD4,MD5のトランスコンダクタンスの増加を抑制する。したがって、オペアンプ1Nの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, in addition to the effect of (15-5) of the fifteenth embodiment, the following effects can be obtained.
(17-1) While the current supplied to the
(17-2)能動負荷に接続された第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって能動負荷の各トランジスタMD4,MD5のソース電位を上昇させることができるため、各トランジスタMD4,MD5に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMD4,MD5のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Nの出力信号Soutのノイズを低減できる。
(17-2) Since the source potential of each transistor MD4 and MD5 of the active load can be increased by the first resistance R1 and the second resistance R2 connected to the active load, the current flowing through each transistor MD4 and MD5 is reduced. Move in the direction. Therefore, since the transconductance gm of each of the transistors MD4 and MD5 on the circuit is reduced, the noise of the output signal Sout of the
(17-3)定電流源152における第3トランジスタMD3のチャネル領域の不純物濃度と、補正電流源158における第10トランジスタMD10のチャネル領域の不純物濃度と、第12トランジスタMD12のチャネル領域の不純物濃度と、電流供給部121のトランジスタMB6のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタMD3のN型ウェル層63を形成する工程と、第10トランジスタMD10のN型ウェル層63を形成する工程と、第12トランジスタMD12のN型ウェル層63を形成する工程と、トランジスタMB6のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Nを製造する工程を簡略化することができる。
(17-3) Impurity concentration in the channel region of the third transistor MD3 in the constant
(17-4)出力段155における第6トランジスタMD6及び第7トランジスタMD7のチャネル領域の不純物濃度と、第1の分岐用トランジスタMB4及び第2の分岐用トランジスタMB5のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMD6,MD7のP型ウェル層41を形成する工程と、各トランジスタMB4,MB5のP型ウェル層41を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Nを製造する工程を簡略化することができる。
(17-4) The impurity concentration in the channel region of the sixth transistor MD6 and the seventh transistor MD7 in the
(第17実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Nは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 17th embodiment)
The
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、及び第3抵抗R3の抵抗値は、第4トランジスタMD4、第5トランジスタMD5、及び第11トランジスタMD11の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, and the resistance value of the third resistance R3 are changed according to the ratio of the fourth transistor MD4, the fifth transistor MD5, and the eleventh transistor MD11. May be good.
・オペアンプ1Nから第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3を省略し、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のソース及び第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のソースを第2の電源配線3に接続してもよい。この場合、第11実施形態のオペアンプ1Hのように調整電流源125をオペアンプ1Nに追加してもよい。調整電流源125のトランジスタMB6と、各トランジスタMD11,MB4,MB5との接続構成は、第11実施形態と同様である。
The first resistor R1, the second resistor R2, and the third resistor R3 are omitted from the
・オペアンプ1Nに第14実施形態の電流制御部130を追加してもよい。電流制御部130の第1制御部131はノードNG1に接続され、第2制御部132はノードNG2に接続される。この場合、分岐部122の第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のソース及び第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のソースは、第2の電源配線3に接続される。
The
・オペアンプ1Nの各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Nにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 of the
・オペアンプ1Nの各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMD1,MD2,MD4,MD5,MD8,MD9,MD11を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Nにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Nにおいて差動対151を構成する各トランジスタMD1,MD2の組、カレントミラー回路を構成する各トランジスタMD8,MD9の組、及びカレントミラー回路を構成する各トランジスタMD4,MD5,MD11の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Nは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MD1, MD2, MD4, MD5, MD8, MD9, MD11 of the
(第18実施形態)
図35を参照して、第18実施形態のオペアンプ1Pについて説明する。
オペアンプ1Pは、反転入力端子INNと非反転入力端子INPの電位差を増幅し、出力端子OUTから出力信号Soutを出力する。オペアンプ1Pは、差動増幅段160、AB級バイアス回路165、バックゲートバイアス回路20、及び出力段166を備える。差動増幅段160は、差動対161、定電流源162、カスコードカレントミラー回路163、及びバイアス回路164を有する。オペアンプ1Pは、ひとつの半導体基板に一体集積化されている。
(18th Embodiment)
The
The
差動対161は、非反転入力端子INPと接続される第1トランジスタME1と、反転入力端子INNと接続される第2トランジスタME2とを含む。本実施形態の差動対161は、PチャネルMOSFETで構成されている。第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2は、エンハンスメント型の構造である。第1トランジスタME1のゲートは非反転入力端子INPと接続され、第2トランジスタME2のゲートは反転入力端子INNと接続される。第1トランジスタME1のソース及び第2トランジスタME2のソースは共通に接続されている。
The
定電流源162は、差動対161に接続された第3トランジスタME3を含む。本実施形態の第3トランジスタME3は、PチャネルMOSFETである。第3トランジスタME3のドレインは各トランジスタME1,ME2のソースに接続され、第3トランジスタME3のソースは第1の電源配線2に接続されている。第3トランジスタME3のゲートは、第1バイアス回路(図示略)からのバイアス電圧Vbp1が入力される。定電流源162は、バイアス電圧Vbp1に基づいて定電流Itを供給する。
The constant
カスコードカレントミラー回路163は、差動対161と接続される能動負荷である。カスコードカレントミラー回路163は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第4トランジスタME4~第7トランジスタME7を含む。本実施形態では、第4トランジスタME4~第7トランジスタME7は、NチャネルMOSFETで構成されている。特に、第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5は、エンハンスメント型の構造である。
The cascode
第4トランジスタME4は、第2トランジスタME2と直列に設けられている。より詳細には、第4トランジスタME4は、第2トランジスタME2のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第5トランジスタME5は、第1トランジスタME1と直列に設けられている。より詳細には、第5トランジスタME5は、第1トランジスタME1のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第6トランジスタME6は第4トランジスタME4に縦積みされ、第7トランジスタME7は第5トランジスタME5に縦積みされている。より詳細には、第6トランジスタME6のソースは第4トランジスタME4のドレインに接続され、第7トランジスタME7のソースは第5トランジスタME5のドレインに接続されている。第6トランジスタME6及び第7トランジスタME7のゲートは共通に接続され、第2バイアス回路(図示略)に接続されている。第6トランジスタME6及び第7トランジスタME7のゲートは、第2バイアス回路からのバイアス電圧Vbn1により、適切にバイアスされている。第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5のゲートは、第6トランジスタME6のドレインと接続されている。なお、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2がデプレッション型の場合、図35に示す回路構成により、入力フルスイング(Rail-to-Rail)を実現できる。
The fourth transistor ME4 is provided in series with the second transistor ME2. More specifically, the fourth transistor ME4 is provided between the drain of the second transistor ME2 and the second
また、第4トランジスタME4~第7トランジスタME7は、第1のコンパレータ167に接続されている。詳細には、第6トランジスタME6のドレインが第1のコンパレータ167の非反転入力端子に接続され、第7トランジスタME7のドレインが第1のコンパレータ167の反転入力端子に接続され、第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5のゲートが第1のコンパレータ167の出力端子に接続されている。これにより、第1のコンパレータ167は、第6トランジスタME6のドレイン電圧と第7トランジスタME7のドレイン電圧とが一致するように第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5のゲートに出力信号を出力する。
Further, the 4th transistor ME4 to the 7th transistor ME7 are connected to the
バイアス回路164は、カスコードカレントミラー回路163を適切なバイアス状態に維持する定電流回路である。一例では、バイアス回路164は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第8トランジスタME8~第11トランジスタME11を含む。本実施形態では、第8トランジスタME8~第11トランジスタME11は、PチャネルMOSFETである。特に、第8トランジスタME8及び第9トランジスタME9は、エンハンスメント型の構造である。第8トランジスタME8及び第9トランジスタME9は、所定の電流を生成する電流源を構成する。第8トランジスタME8及び第9トランジスタME9のゲートは第1バイアス回路によって適切にバイアスされる。第10トランジスタME10のゲートは第3バイアス回路(図示略)に接続されている。第10トランジスタME10のゲートは、第3バイアス回路からのバイアス電圧Vbp2により、適切にバイアスされる。また、第8トランジスタME8、第9トランジスタME9、及び第11トランジスタME11は、第2のコンパレータ168に接続されている。詳細には、第8トランジスタME8のドレインが第2のコンパレータ168の非反転入力端子に接続され、第9トランジスタME9のドレインが第2のコンパレータ168の反転入力端子に接続され、第11トランジスタME11のゲートは第2のコンパレータ168の出力端子に接続されている。これにより、第2のコンパレータ168は、第8トランジスタME8のドレイン電圧と第9トランジスタME9のドレイン電圧との差が所定値以上のとき、第11トランジスタME11をオンすることにより、第11トランジスタME11を介してAB級バイアス回路165及び出力段166に電流が供給されることを停止する。
The
AB級バイアス回路165は、第12トランジスタME12~第19トランジスタME19を含み、バイアス時の少ないバイアス電流から動作時の大きな駆動電流を引き出す出力バッファ回路である。
The class
第12トランジスタME12~第14トランジスタME14は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続されている。第12トランジスタME12はPチャネルMOSFETであり、第13トランジスタME13及び第14トランジスタME14はNチャネルMOSFETである。第12トランジスタME12のソースは第1の電源配線2に接続され、第12トランジスタME12のゲートは第1バイアス回路からバイアス電圧Vbp1が入力される。第13トランジスタME13のドレインは第12トランジスタME12のドレインに接続され、第13トランジスタME13のソースは第14トランジスタME14のドレインに接続され、第13トランジスタME13のゲートは第13トランジスタME13のドレインに接続されている。第14トランジスタME14のゲートは第14トランジスタME14のドレインに接続され、第14トランジスタME14のソースは第2の電源配線3に接続されている。
The 12th transistor ME12 to the 14th transistor ME14 are connected in series between the first
第15トランジスタME15~第17トランジスタME17は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続されている。第15トランジスタME15~第17トランジスタME17は、第12トランジスタME12~第14トランジスタME14に対して出力段166側に設けられている。第15トランジスタME15はNチャネルMOSFETであり、第16トランジスタME16及び第17トランジスタME17はPチャネルMOSFETである。第15トランジスタME15のソースは第2の電源配線3に接続され、第15トランジスタME15のゲートは第4バイアス回路(図示略)に接続されている。第15トランジスタME15のゲートは第4バイアス回路からのバイアス電圧Vbn2が入力されることにより、適切にバイアスされている。第16トランジスタME16のソースは第1の電源配線2に接続され、第16トランジスタME16のドレインは第17トランジスタME17のソースに接続され、第16トランジスタME16のゲートは第16トランジスタME16のドレインに接続されている。第17トランジスタME17のゲートは第17トランジスタME17のドレインに接続され、第17トランジスタME17のドレインは第15トランジスタME15のドレインに接続されている。
The 15th transistor ME15 to the 17th transistor ME17 are connected in series between the first
第18トランジスタME18及び第19トランジスタME19は、バイアス回路164、カスコードカレントミラー回路163、及び出力段166と接続されている。第18トランジスタME18はNチャネルMOSFETであり、第19トランジスタME19はPチャネルMOSFETである。第18トランジスタME18のドレインは第11トランジスタME11のドレインと出力段166との間のノードNH1に接続され、第18トランジスタME18のソースは第7トランジスタME7のドレインと出力段166との間のノードNH2に接続されている。第18トランジスタME18のゲートは第12トランジスタME12のドレインと第13トランジスタME13のドレインとの間のノードNH3に接続されている。第19トランジスタME19のソースは第11トランジスタME11のドレインと出力段166との間のノードNH4に接続され、第19トランジスタME19のドレインは第7トランジスタME7のドレインと出力段166との間のノードNH5に接続されている。第19トランジスタME19のゲートは、第15トランジスタME15のドレインと第17トランジスタME17のドレインとの間のノードNH6に接続されている。ノードNH4はノードNH1よりも出力段166寄りであり、ノードNH5はノードNH2よりも出力段166寄りである。
The 18th transistor ME18 and the 19th transistor ME19 are connected to a
出力段166は、第20トランジスタME20及び第21トランジスタME21を用いたソース接地回路であり、能動負荷であるカスコードカレントミラー回路163の出力信号を増幅し、出力端子OUTから出力信号Soutを出力する。
The
本実施形態では、第20トランジスタME20はPチャネルMOSFETであり、第21トランジスタME21はNチャネルMOSFETである。第20トランジスタME20のソースは第1の電源配線2に接続され、第20トランジスタME20のドレインは出力端子OUTに接続されている。第20トランジスタME20のゲートは第11トランジスタME11のドレインに接続されている。第21トランジスタME21のソースは第2の電源配線3に接続され、第21トランジスタME21のドレインは出力端子OUTに接続されている。第21トランジスタME21のゲートは第7トランジスタME7のドレインに接続されている。
In the present embodiment, the 20th transistor ME20 is a P-channel MOSFET, and the 21st transistor ME21 is an N-channel MOSFET. The source of the 20th transistor ME20 is connected to the first
出力段166は、位相補償回路169をさらに含む。位相補償回路169は、第1補償用抵抗RC1、第2補償用抵抗RC2、第1補償用キャパシタCC1、及び第2補償用キャパシタCC2を含む。第1補償用抵抗RC1及び第1補償用キャパシタCC1は直列に接続されている。第1補償用抵抗RC1の第1端子は第11トランジスタME11のドレインと第20トランジスタME20のゲートとの間のノードNH7に接続され、第1補償用抵抗RC1の第2端子は第1補償用キャパシタCC1の第1端子に接続されている。第1補償用キャパシタCC1の第2端子は出力端子OUTに接続されている。第2補償用抵抗RC2及び第2補償用キャパシタCC2は直列に接続されている。第2補償用抵抗RC2の第1端子は第7トランジスタME7のドレインと第21トランジスタME21のゲートとの間のノードNH8に接続され、第2補償用抵抗RC2の第2端子は第2補償用キャパシタCC2の第1端子に接続されている。第2補償用キャパシタCC2の第2端子は出力端子OUTに接続されている。
The
バックゲートバイアス回路20は、差動対161の第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2の共通のバックゲートと第1の電源配線2とに接続されている。バックゲートバイアス回路20の構成は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20の構成(図2参照)と同じである。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のソース電位と第1の電源電圧VDDとの中間電圧よりも第1の電源電圧VDD側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2に印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDよりも高くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。より詳細には、バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることがより好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
The
さらに、本実施形態では、出力段166の出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、オペアンプ1Pの各トランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、オペアンプ1Pの複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうち出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうち出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。詳細には、オペアンプ1Pにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い部分は差動対161、カスコードカレントミラー回路163の一部、及びバイアス回路164の一部である。一方、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い部分は定電流源162、カスコードカレントミラー回路163の他の一部、バイアス回路164の他の一部、AB級バイアス回路165、バックゲートバイアス回路20、及び出力段166である。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the
本実施形態では、差動対161、カスコードカレントミラー回路163の一部、及びバイアス回路164の一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流源162、カスコードカレントミラー回路163の他の一部、バイアス回路164の他の一部、AB級バイアス回路165、バックゲートバイアス回路20、及び出力段166のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、差動対161、カスコードカレントミラー回路163の一部、及びバイアス回路164の一部のトランジスタは、低濃度トランジスタであり、定電流源162、カスコードカレントミラー回路163の他の一部、バイアス回路164の他の一部、AB級バイアス回路165、バックゲートバイアス回路20、及び出力段166のトランジスタは、高濃度トランジスタである。具体的には、第1トランジスタME1、第2トランジスタME2、第4トランジスタME4、第5トランジスタME5、第8トランジスタME8、及び第9トランジスタME9におけるチャネル領域の不純物濃度を、第3トランジスタME3、第6トランジスタME6、第7トランジスタME7、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5~M9及び定電流源21のトランジスタ、並びに第10トランジスタME10~第21トランジスタME21におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。
In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region in the transistor of the
各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタME3,ME6,ME7,M5~M9,ME10~ME21及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタME3,ME6,ME7,M5~M9,ME10~ME21及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration in the channel region of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is the impurity concentration of the channel region in the transistors of each transistor ME3, ME6, ME7, M5 to M9, ME10 to ME21 and the constant
また、オペアンプ1Pの各トランジスタのNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第1実施形態の第1トランジスタM1等のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETと同様の構造及び製造方法である。
Further, the structure and manufacturing method of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET of each transistor of the
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(18-1)バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のバックゲート(第1トランジスタME4及び第2トランジスタME2のN型ウェル層39においてバックゲートバイアス回路20がバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のバックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。これにより、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、オペアンプ1Pの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(18-1) In the
(18-2)バックゲートバイアス回路20は、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDよりも大きくすることにより、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のトランスコンダクタンスgm12が一層大きくなるため、オペアンプ1Pの出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
(18-2) In the back
(18-3)バイアス電圧VBを第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2の寄生ダイオードがオンする電圧未満に設定することにより、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2が安定して動作できる。 (18-3) By setting the bias voltage VB to a voltage lower than the voltage at which the parasitic diodes of the first transistor ME1 and the second transistor ME2 are turned on, the first transistor ME1 and the second transistor ME2 can operate stably.
(18-4)バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2が安定して動作できる。特に、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近となるため、第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2がより安定して動作できる。 (18-4) By setting the bias voltage VB to a voltage other than the same voltage as the first power supply voltage VDD within a predetermined range including the first power supply voltage VDD, the backgate-source voltage VBS becomes large. Therefore, the transconductance gm12 of the first transistor ME1 and the second transistor ME2 becomes large, and the first transistor ME1 and the second transistor ME2 can operate stably. In particular, by setting the bias voltage VB to a voltage other than the voltage within ± 20% of the first power supply voltage VDD, which is the same as the first power supply voltage VDD, the backgate source voltage VBS becomes the backgate source. Since the inter-voltage voltage is near VBSH, the transconductance gm12 of the first transistor ME1 and the second transistor ME2 becomes large, and the first transistor ME1 and the second transistor ME2 can operate more stably.
(18-5)差動対161を構成する第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2におけるチャネル領域の不純物濃度は、出力段166を構成する第20トランジスタME20及びバックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5,M8,M9におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(18-5) The impurity concentration in the channel region of the first transistor ME1 and the second transistor ME2 constituting the
(18-6)カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5におけるチャネル領域の不純物濃度は、出力段166を構成する第21トランジスタME21並びにバックゲートバイアス回路20の各トランジスタM6,M7及び定電流源21のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(18-6) The impurity concentration in the channel region of the fourth transistor ME4 and the fifth transistor ME5 constituting the current source of the cascode
(18-7)バイアス回路164の電流源を構成する第8トランジスタME8及び第9トランジスタME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、出力段166を構成する第20トランジスタME20及びバックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5,M8,M9におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Pの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(18-7) The impurity concentration in the channel region of the 8th transistor ME8 and the 9th transistor ME9 constituting the current source of the
(18-8)バイアス回路164の電流源を構成する第8トランジスタME8及び第9トランジスタME9におけるチャネル領域の不純物濃度と、差動対161を構成する第1トランジスタME1及び第2トランジスタME2におけるチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2のN型ウェル層70を形成する工程と、バイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9のN型ウェル層70を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Pを製造する工程を簡略化することができる。
(18-8) Impurity concentration in the channel region of the 8th transistor ME8 and 9th transistor ME9 constituting the current source of the
(18-9)定電流源162の第3トランジスタME3のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路164の各トランジスタME10,ME11のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第20トランジスタME20のチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5,M8,M9のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタME3のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME10,ME11のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のN型ウェル層63を形成する工程、第20トランジスタME20のN型ウェル層63を形成する工程、及び各トランジスタM5,M8,M9のN型ウェル層63を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Pを製造する工程を簡略化することができる。
(18-9) The impurity concentration in the channel region of the third transistor ME3 of the constant
(18-10)カスコードカレントミラー回路163の各トランジスタME6,ME7のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME13~ME15のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第21トランジスタME21のチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM6,M7及び定電流源21のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタME6,ME7のP型ウェル層41を形成する工程、各トランジスタME13~ME15のP型ウェル層41を形成する工程、第21トランジスタME21のP型ウェル層41を形成する工程、並びに各トランジスタM6,M7及び定電流源21のトランジスタのP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Pを製造する工程を簡略化することができる。
(18-10) The impurity concentration in the channel region of each transistor ME6 and ME7 of the cascode
(第18実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Pは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 18th embodiment)
The
・オペアンプ1Pにおいて、第1の電源配線2と差動対161との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源162との間に第5実施形態の降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。また、バックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように、第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態と同様の効果が得られる。
In the
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つを第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET such as each transistor M1 to M4 of the second embodiment is applied. You may. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Pは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, and ME9 may have the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
(第19実施形態)
図36を参照して、第19実施形態のオペアンプ1Qについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Qは、第18実施形態のオペアンプ1Pと比較して、バックゲートバイアス回路20が省略され、第8実施形態の第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、及び第2抵抗R2が追加された点が異なる。
(19th Embodiment)
The
第1抵抗R1は、第2の電源配線3と第4トランジスタME4との間に設けられている。第1抵抗R1の第1端子は第4トランジスタME4のソースに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The first resistance R1 is provided between the second
第2抵抗R2は、第2の電源配線3と第5トランジスタME5との間に設けられている。第2抵抗R2の第1端子は第5トランジスタME5のソースに接続され、第2抵抗R2の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The second resistance R2 is provided between the second
第1制御部110Aは、第4トランジスタME4のソースと第1抵抗R1との間のノードNH9に供給する電流を制御することにより、第4トランジスタME4のソース電位を制御する。本実施形態の第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1はNチャネルMOSFETである。第1定電流源111は、トランジスタ(図示略)を含む。第1定電流源111のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第1定電流源111のトランジスタのドレインは第1の制御用トランジスタMA1のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第1の制御用トランジスタMA1のソースは第4トランジスタME4のソースと第1抵抗R1との間のノードNH9に接続され、第1の制御用トランジスタMA1のゲートは第4トランジスタME4のゲートに接続されている。この構成により、第1制御部110Aは、定電流源162の定電流Itに比例した第1電流Ic1がノードNH9に供給される。
The
第2制御部110Bは、第5トランジスタME5のソースと第2抵抗R2との間のノードNH10に供給する電流を制御することにより、第5トランジスタME5のソース電位を制御する。本実施形態の第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2はNチャネルMOSFETである。第2定電流源112は、トランジスタ(図示略)を含む。第2定電流源112のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第2定電流源112のトランジスタのドレインは第2の制御用トランジスタMA2のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第2の制御用トランジスタMA2のソースは第5トランジスタME5のソースと第2抵抗R2との間のノードNH10に接続され、第2の制御用トランジスタMA2のゲートは第4トランジスタME4のゲートに接続されている。この構成により、第2制御部110Bは、定電流源162の定電流Itに比例した第2電流Ic2がノードNH10に供給される。
The
このように、第4トランジスタME4のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第5トランジスタME5のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第4トランジスタME4のソース電位及び第5トランジスタME5のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタME4,ME5のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。
As described above, the source of the fourth transistor ME4 is supplied with the first current Ic1 from the
さらに、本実施形態のオペアンプ1Qの各トランジスタME1~ME21は、第18実施形態の各トランジスタME1~ME21と同じ構成及び製造方法である。このため、第18実施形態の(18-5)~(18-8)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the transistors ME1 to ME21 of the
また、第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタM1~M4におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMA1,MA2は高濃度トランジスタである。各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。 Further, since the first control transistor MA1 and the second control transistor MA2 are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2 is set to each transistor ME1. , ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 are higher than the impurity concentration in the channel region. In other words, the impurity concentration in the channel region in each of the transistors M1 to M4 is lower than the impurity concentration in the channel region in each of the transistors MA1 and MA2. That is, the transistors ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, and ME9 are low-concentration transistors, and the transistors MA1 and MA2 are high-concentration transistors. The impurity concentration in the channel region of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1, MA2. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is about 1/10 of the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1, MA2.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(19-1)各制御部110A,110Bによって能動負荷の各トランジスタME4,ME5のソース電位が上昇するように制御されることにより、各トランジスタME4,ME5に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタME4,ME5のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Qの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(19-1) By controlling the source potentials of the active load transistors ME4 and ME5 to increase by the
(19-2)定電流源162の第3トランジスタME3のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路164の各トランジスタME10,ME11のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第20トランジスタME20のチャネル領域の不純物濃度と、第1制御部110Aの定電流源111のトランジスタ及び第2制御部110Bの定電流源112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタME3のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME10,ME11のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のN型ウェル層63を形成する工程、第20トランジスタME20のN型ウェル層63を形成する工程、及び各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Qを製造する工程を簡略化することができる。
(19-2) The impurity concentration in the channel region of the third transistor ME3 of the constant
(19-3)カスコードカレントミラー回路163の各トランジスタME6,ME7のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME13~ME15のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第21トランジスタME21のチャネル領域の不純物濃度と、各制御部110A,110Bの各トランジスタMA1,MA2のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタME6,ME7のP型ウェル層41を形成する工程、各トランジスタME13~ME15のP型ウェル層41を形成する工程、第21トランジスタME21のP型ウェル層41を形成する工程、及び各トランジスタMA1,MA2のP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Qを製造する工程を簡略化することができる。
(19-3) The impurity concentration in the channel region of each transistor ME6 and ME7 of the cascode
(第19実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Qは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 19th embodiment)
The
・オペアンプ1Qから第1制御部110A及び第2制御部110Bを省略してもよい。この場合、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって各トランジスタME4,ME5のソース電位が上昇する。
The
・オペアンプ1Qにおいて、第1抵抗R1の抵抗値及び第2抵抗R2の抵抗値を第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5の比に応じて変更してもよい。
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つを第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
In the
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET such as each transistor M1 to M4 of the second embodiment is applied. You may. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Qは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, and ME9 may have the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
(第20実施形態)
図37を参照して、第20実施形態のオペアンプ1Rについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Rは、第18実施形態のオペアンプ1Pと比較して、バックゲートバイアス回路20が省略され、電流調整部120Dが追加された点が異なる。
(20th Embodiment)
The
電流調整部120Dは、第10実施形態の電流調整部120と同様の構成である。
電流調整部120Dの第1分岐回路123は、第1トランジスタME1のドレインと第2の電源配線3とに接続されている。より詳細には、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタME1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第2の電源配線3に接続されている。
The
The
電流調整部120Dの第2分岐回路124は、第2トランジスタME2のドレインと第2の電源配線3とに接続されている。より詳細には、第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタME2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第2の電源配線3に接続されている。
The
各トランジスタMB4,MB5のゲートは、第4トランジスタME4のゲートに共通して接続されている。また第2の供給用トランジスタMB2のゲートは、第4トランジスタME4のゲートに接続されている。このように各トランジスタMB2,MB4,MB5は、第4トランジスタME4とカレントミラー回路を構成している。すなわち、第4トランジスタME4のゲート電圧によって、電流調整部120Dの各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が制御される。
The gates of the transistors MB4 and MB5 are commonly connected to the gates of the fourth transistor ME4. Further, the gate of the second supply transistor MB2 is connected to the gate of the fourth transistor ME4. As described above, each transistor MB2, MB4, MB5 constitutes a current mirror circuit with the fourth transistor ME4. That is, the gate voltage of each transistor MB2, MB4, MB5 of the
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第2の供給用トランジスタMB2の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第2の供給用トランジスタMB2に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第4トランジスタME4のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第4トランジスタME4に流れる電流(第5トランジスタME5に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the fourth transistor ME4 and the fifth transistor ME5 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the fourth transistor ME4, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are the first. It is equal to the current flowing through the 4-transistor ME4 (current flowing through the fifth transistor ME5).
次に、オペアンプ1Rに流れる電流、特に電流調整部120Dに流れる電流について説明する。この説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。なお、供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID4,ID5の大きさについては、第9実施形態の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様であるため、その説明を省略する。
Next, the current flowing through the
第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、差動対161の各トランジスタME1,ME2のトランスコンダクタンスgmが増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、能動負荷の各トランジスタME4,ME5のトランスコンダクタンスgmの増加が抑制される。このように、電流調整部120Dは、各トランジスタME1,ME2に流す電流を増加させても各トランジスタME4,ME5に流れる電流を増加させない。これにより、差動対161の各トランジスタME1,ME2のトランスコンダクタンスgmが増加する一方、能動負荷となるカスコードカレントミラー回路163の各トランジスタME4,ME5のトランスコンダクタンスgmが増加しない。これにより、オペアンプ1Rの出力信号Soutのノイズを低減できる。
As described in the ninth embodiment, the supply current IDB3 having the same amount of current as the current IDB2, which is the sum of the currents IDB4 and IDB5 flowing through the transistors MB4 and MB5, is supplied to the
さらに、本実施形態のオペアンプ1Rの各トランジスタME1~ME21は、第18実施形態の各トランジスタME1~ME21と同じ構成及び製造方法である。このため、第18実施形態の(18-5)~(18-8)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the transistors ME1 to ME21 of the
また、本実施形態の各トランジスタMB1~MB5は、第10実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同じ構成である。つまり、各トランジスタMB1~MB5は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMB1~MB5は高濃度トランジスタである。各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMB1からMB5は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, the transistors MB1 to MB5 of the present embodiment have the same configuration as the transistors MB1 to MB5 of the tenth embodiment. That is, since the transistors MB1 to MB5 are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 to MB5 is set to the impurity concentration of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9. It is higher than the impurity concentration in the channel region in. In other words, the impurity concentration in the channel region of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is lower than the impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 to MB5. That is, each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is a low-concentration transistor, and each transistor MB1 to MB5 is a high-concentration transistor. The impurity concentration in the channel region of each of the transistors ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, and ME9 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MB1 to MB5. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9 is about 1/10 of the impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 to MB5. Further, each of the transistors MB1 to MB5 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(20-1)電流調整部120Dによって差動対161に供給する電流を増加させる一方、能動負荷に供給する電流を増加させないため、差動対161の各トランジスタME1,ME2のトランスコンダクタンスが増加し、能動負荷の各トランジスタME4,ME5のトランスコンダクタンスの増加を抑制する。したがって、オペアンプ1Rの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(20-1) While the current supplied to the
(20-2)定電流源162の第3トランジスタME3のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路164の各トランジスタME10,ME11のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第20トランジスタME20のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Dの各トランジスタMB1,MB3におけるチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタME3のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME10,ME11のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタME12,ME16,ME17,ME19のN型ウェル層63を形成する工程、第20トランジスタME20のN型ウェル層63を形成する工程、及び各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Rを製造する工程を簡略化することができる。
(20-2) The impurity concentration in the channel region of the third transistor ME3 of the constant
(20-3)カスコードカレントミラー回路163の各トランジスタME6,ME7のチャネル領域の不純物濃度と、AB級バイアス回路165の各トランジスタME13~ME15のチャネル領域の不純物濃度と、出力段166の第21トランジスタME21のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Dの各トランジスタMB2,MB4,MB5のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタME6,ME7のP型ウェル層41を形成する工程、各トランジスタME13~ME15のP型ウェル層41を形成する工程、第21トランジスタME21のP型ウェル層41を形成する工程、及び各トランジスタMB2,MB4,MB5のP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Rを製造する工程を簡略化することができる。
(20-3) The impurity concentration in the channel region of each transistor ME6 and ME7 of the cascode
(第20実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Rは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 20th embodiment)
The
・オペアンプ1Rに第11実施形態のオペアンプ1Hのように調整電流源125をオペアンプ1Rに追加してもよい。調整電流源125のトランジスタMB6と、各トランジスタMB2,MB4,MB5との接続構成は、第11実施形態と同様である。
-A regulated
・オペアンプ1Rに第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3を追加してもよい。この場合、第12実施形態の電流調整部120Aのような接続構成であってもよい。すなわち、第1抵抗R1は第4トランジスタME4と第2の電源配線3との間に設けられ、第2抵抗R2は第5トランジスタME5と第2の電源配線3との間に設けられ、第3抵抗R3は第2の供給用トランジスタMB2と第2の電源配線3との間に設けられる。第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタME1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第4トランジスタME4のソースと第1抵抗R1との間に接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のゲートは第4トランジスタME4のゲートに接続される。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタME2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第5トランジスタME5のソースと第2抵抗R2との間に接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のゲートは第4トランジスタME4のゲートに接続される。この構成によれば、能動負荷に接続された第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって能動負荷の各トランジスタME4,ME5のソース電位を上昇させることができるため、各トランジスタME4,ME5に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタME4,ME5のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Rの出力信号Soutのノイズを低減できる。
A first resistor R1, a second resistor R2, and a third resistor R3 may be added to the
・オペアンプ1Rに第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3を追加した場合、第14実施形態の電流調整部120Bのような接続構成であってもよい。この場合、オペアンプ1Rに第4抵抗R4及び第5抵抗R5がさらに追加される。第4抵抗R4は第1の分岐用トランジスタMB4のソースと第2の電源配線3との間に設けられ、第5抵抗R5は第2の分岐用トランジスタMB5のソースと第2の電源配線3との間に設けられる。
When the first resistor R1, the second resistor R2, and the third resistor R3 are added to the
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つを第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET such as each transistor M1 to M4 of the second embodiment is applied. You may. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
・各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタME1,ME2,ME4,ME5,ME8,ME9を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対161を構成する各トランジスタME1,ME2の組、カスコードカレントミラー回路163の電流源を構成する各トランジスタME4,ME5の組、及びバイアス回路164の電流源を構成する各トランジスタME8,ME9の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Rは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, ME9, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors ME1, ME2, ME4, ME5, ME8, and ME9 may have the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor ME1 and ME2 constituting the
(第21実施形態)
図38を参照して、第21実施形態のオペアンプ1Sについて説明する。
オペアンプ1Sは、反転入力端子INNと非反転入力端子INPの電位差を増幅し、出力端子(図示略)から出力信号Soutを出力する。オペアンプ1Sは、定電流発生部170A、差動増幅段170B、第1バックゲートバイアス回路20A、及び第2バックゲートバイアス回路20Bを有する。オペアンプ1Sは、ひとつの半導体基板に一体集積化されている。
(21st Embodiment)
The
The
定電流発生部170Aは、第1トランジスタMF1~第3トランジスタMF3を有する。本実施形態では、第1トランジスタMF1及び第2トランジスタMF2はPチャネルMOSFETであり、第3トランジスタMF3はNチャネルMOSFETである。第1トランジスタMF1のソース及び第2トランジスタMF2のソースは、第1の電源配線2に接続されている。第1トランジスタMF1のドレインは、バイアス端子BIASに接続されている。第2トランジスタMF2のドレインは、第3トランジスタMF3のドレインに接続されている。第3トランジスタMF3のソースは第2の電源配線3に接続され、第3トランジスタMF3のゲートは第3トランジスタMF3のドレインに接続されている。バイアス端子BIASに接続された第1バイアス回路(図示略)により、第1トランジスタMF1のソース及びゲート、並びに第2トランジスタMF2のゲートにバイアス電圧Vbp1が入力される。
The constant
差動増幅段170Bは、第1の差動対171、第2の差動対172、第1の定電流源173、第2の定電流源174、電流切替部175、カスコードカレントミラー回路176、バイアス回路177、及びAB級バイアス回路178を備える。
The
第1の差動対171は、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5を有する。本実施形態の第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5は、NチャネルMOSFETである。第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5は、エンハンスメント型の構造である。第4トランジスタMF4のソース及び第5トランジスタMF5のソースは共通に接続されている。第4トランジスタMF4のドレイン及び第5トランジスタMF5のドレインはバイアス回路177に接続されている。第4トランジスタMF4のゲートは非反転入力端子INPに接続され、第5トランジスタMF5のゲートは反転入力端子INNに接続されている。
The first
第1の定電流源173は、第1の差動対171に接続される第6トランジスタMF6を有する。本実施形態の第6トランジスタMF6はNチャネルMOSFETである。第6トランジスタMF6のドレインは第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のソースに接続され、第6トランジスタMF6のソースは第2の電源配線3に接続されている。第6トランジスタMF6のゲートは、第3トランジスタMF3のゲートに接続されている。これにより、第3トランジスタMF3及び第6トランジスタMF6によりカレントミラー回路が形成されている。
The first constant
第2の差動対172は、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8を有する。本実施形態の第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8は、PチャネルMOSFETである。第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8は、エンハンスメント型の構造である。第7トランジスタMF7のソース及び第8トランジスタMF8のソースは共通に接続されている。第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のドレインは、カスコードカレントミラー回路176に接続されている。第7トランジスタMF7のゲートは非反転入力端子INPに接続され、第8トランジスタMF8のゲートは反転入力端子INNに接続されている。
The second
第2の定電流源174は、第2の差動対172に接続される第9トランジスタMF9を有する。本実施形態の第9トランジスタMF9はPチャネルMOSFETである。第9トランジスタMF9のドレインは第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のソースに接続され、第9トランジスタMF9のソースは第1の電源配線2に接続されている。第9トランジスタMF9のゲートは、第2トランジスタMF2のゲートに接続されている。これにより、第2トランジスタMF2及び第9トランジスタMF9によりカレントミラー回路が形成されている。また第2トランジスタMF2のゲートには、第1バイアス回路からバイアス電圧Vbp1が入力される。
The second constant
カスコードカレントミラー回路176は、第2の差動対172と接続されている。カスコードカレントミラー回路176は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第10トランジスタMF10~第13トランジスタMF13を含む。本実施形態では、第10トランジスタMF10~第13トランジスタMF13は、NチャネルMOSFETで構成されている。特に、第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11は、エンハンスメント型の構造である。
The cascode
第10トランジスタMF10は、第7トランジスタMF7と直列に設けられている。より詳細には、第10トランジスタMF10は、第7トランジスタMF7のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第11トランジスタMF11は、第8トランジスタMF8と直列に設けられている。より詳細には、第11トランジスタMF11は、第8トランジスタMF8のドレインと第2の電源配線3との間に設けられている。第12トランジスタMF12は第10トランジスタMF10に縦積みされ、第13トランジスタMF13は第11トランジスタMF11に縦積みされている。より詳細には、第10トランジスタMF10のソース及び第11トランジスタMF11のソースは、第2の電源配線3に接続されている。第10トランジスタMF10のドレインは第12トランジスタMF12のソースに接続され、第11トランジスタMF11のドレインは第13トランジスタMF13のソースに接続されている。第12トランジスタMF12及び第13トランジスタMF13のゲートは、第2バイアス回路(図示略)に接続されている。第12トランジスタMF12及び第13トランジスタMF13のゲートは第2バイアス回路からのバイアス電圧Vbn1が入力されることにより、適切にバイアスされる。第10トランジスタMF10のゲート及び第11トランジスタMF11のゲートは、第13トランジスタMF13のドレインと接続されている。この接続により、第4トランジスタMF4、第5トランジスタMF5、第7トランジスタMF7、及び第8トランジスタMF8がエンハンスメント型であっても、低電圧かつ入力フルスイング(Rail-to-Rail)を実現できる。
The tenth transistor MF10 is provided in series with the seventh transistor MF7. More specifically, the tenth transistor MF10 is provided between the drain of the seventh transistor MF7 and the second
バイアス回路177は、カスコードカレントミラー回路176を適切なバイアス状態に維持する定電流回路である。一例では、バイアス回路177は、同型のトランジスタを2段積みして構成され、第14トランジスタMF14~第17トランジスタMF17を含む。本実施形態では、第14トランジスタMF14~第17トランジスタMF17は、PチャネルMOSFETである。特に、第14トランジスタMF14及び第15トランジスタMF15は、エンハンスメント型である。
The
第14トランジスタMF14及び第15トランジスタMF15は、所定の電流を生成する電流源を構成する。第14トランジスタMF14は、第4トランジスタMF4と直列に設けられている。より詳細には、第14トランジスタMF14は、第4トランジスタMF4のドレインと第1の電源配線2との間に設けられている。第15トランジスタMF15は、第5トランジスタMF5と直列に設けられている。より詳細には、第15トランジスタMF15は、第5トランジスタMF5のドレインと第1の電源配線2との間に設けられている。第14トランジスタMF14及び第15トランジスタMF15のゲートは第2バイアス回路(図示略)に接続されている。第14トランジスタMF14及び第15トランジスタMF15のゲートは、第3バイアス回路からバイアス電圧Vbp2が入力されることにより、適切にバイアスされる。第16トランジスタMF16は第14トランジスタMF14に縦積みされ、第17トランジスタMF17は第15トランジスタMF15に縦積みされている。より詳細には、第16トランジスタMF16のドレインは第14トランジスタMF14のソースに接続され、第17トランジスタMF17のドレインは第15トランジスタMF15のソースに接続されている。第16トランジスタMF16及び第17トランジスタMF17のゲートは第4バイアス回路(図示略)に接続されている。第16トランジスタMF16及び第17トランジスタMF17のゲートは、第3バイアス回路からバイアス電圧Vbp3が入力されることにより、適切にバイアスされる。
The 14th transistor MF14 and the 15th transistor MF15 form a current source that generates a predetermined current. The 14th transistor MF14 is provided in series with the 4th transistor MF4. More specifically, the
電流切替部175は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続された3つの抵抗である第1抵抗RF1、第2抵抗RF2、及び第3抵抗RF3を有する。第1抵抗RF1の第1端子は第1の電源配線2に接続され、第1抵抗RF1の第2端子は第2抵抗RF2の第1端子に接続されている。第2抵抗RF2の第2端子は第3抵抗RF3の第1端子に接続され、第3抵抗RF3の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The
また、電流切替部175は、第1の差動対171に接続される第1の切替部175A、及び第2の差動対172に接続される第2の切替部175Bを有する。
第1の切替部175Aは、第18トランジスタMF18及び第19トランジスタMF19を有する。本実施形態では、第18トランジスタMF18及び第19トランジスタMF19は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第18トランジスタMF18のドレインは第4トランジスタMF4のドレインに接続され、第19トランジスタMF19のドレインは第5トランジスタMF5のドレインに接続されている。第18トランジスタMF18のソース及び第19トランジスタMF19のソースは共通に接続され、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のソースと第6トランジスタMF6のドレインとの間のノードNI1に接続されている。第18トランジスタMF18のゲート及び第19トランジスタMF19のゲートは共通に接続され、第2抵抗RF2と第3抵抗RF3との間のノードNI2に接続されている。
Further, the
The
第2の切替部175Bは、第20トランジスタMF20及び第21トランジスタMF21を有する。本実施形態では、第20トランジスタMF20及び第21トランジスタMF21は、エンハンスメント型のPチャネルMOSFETである。第20トランジスタMF20のドレインは第7トランジスタMF7のドレインに接続され、第21トランジスタMF21のドレインは第8トランジスタMF8のドレインに接続されている。第20トランジスタMF20のソース及び第21トランジスタMF21のソースは共通に接続され、第9トランジスタMF9のドレインと第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のソースとの間のノードNI3に接続されている。第20トランジスタMF20のゲート及び第21トランジスタMF21のゲートは共通に接続され、第1抵抗RF1と第2抵抗RF2との間のノードNI4に接続されている。また第20トランジスタMF20のドレインは第2切替端子GmNに接続され、第21トランジスタMF21のドレインは第1切替端子GmPに接続されている。第2切替端子GmNは第7トランジスタMF7のドレインに接続され、第1切替端子GmPは第8トランジスタMF8のドレインに接続されている。
The
AB級バイアス回路178は、カスコードカレントミラー回路176とバイアス回路177との間に設けられている。より詳細には、AB級バイアス回路178は、バイアス回路177の第16トランジスタMF16のドレインと、カスコードカレントミラー回路176の第12トランジスタMF12のドレインとの間に設けられている。AB級バイアス回路178は、複数のトランジスタを含み、バイアス時の少ないバイアス電流から動作時の大きな駆動電流を引き出す出力バッファ回路である。AB級バイアス回路178は、オペアンプ1Sの出力段(図示略)に接続されている。
The class
第1バックゲートバイアス回路20Aは、第1の差動対171の第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5の共通のバックゲートと、第2の電源配線3とに接続されている。本実施形態の第1バックゲートバイアス回路20Aは、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20(図2参照)の各トランジスタの導電型を変更した構成である。第1バックゲートバイアス回路20Aは、バックゲートソース間電圧VBSが第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りになるようなバイアス電圧VBを第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のバックゲートに印加する。言い換えれば、第1バックゲートバイアス回路20Aは、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のソース電位と第2の電源電圧VSSとの中間電圧よりも第2の電源電圧VSS側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のバックゲートに印加する。すなわち、第1バックゲートバイアス回路20Aは、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSよりも低くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第2の電源電圧VSSよりも低いとよい。バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSを含む所定範囲内の電圧のうち第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。一例では、バイアス電圧VBは、第2の電源電圧VSSの±20%以内の電圧のうちの第2の電源電圧VSSと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
The first
第2バックゲートバイアス回路20Bは、第2の差動対172の第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8の共通のバックゲートと第1の電源配線2とに接続されている。本実施形態の第2バックゲートバイアス回路20Bは、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20(図2参照)と同じ構成である。第2バックゲートバイアス回路20Bは、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のバックゲートに印加する。言い換えれば、第2バックゲートバイアス回路20Bは、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のソース電位と第1の電源電圧VDDとの中間電圧よりも第1の電源電圧VDD側の電圧となるようにバイアス電圧VBを第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のバックゲートに印加する。すなわち、第2バックゲートバイアス回路20Bは、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のバックゲートに印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDよりも高くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。バックゲートソース間電圧VBSは、第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。より詳細には、バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることがより好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
The second
さらに、本実施形態では、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、オペアンプ1Sのトランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、オペアンプ1Sの複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、オペアンプ1Sの各トランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。より詳細には、オペアンプ1Sにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い部分は、第1の差動対171、第2の差動対172、電流切替部175、カスコードカレントミラー回路176の一部、及びバイアス回路177の一部である。一方、オペアンプ1Sにおいて、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難い部分は、定電流発生部170A、第1の定電流源173、第2の定電流源174、AB級バイアス回路178、及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bである。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the
本実施形態では、第1の差動対171、第2の差動対172、電流切替部175、カスコードカレントミラー回路176の一部、及びバイアス回路177の一部を構成するトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、定電流発生部170A、第1の定電流源173、第2の定電流源174、AB級バイアス回路178、及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bを構成するチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、第1の差動対171、第2の差動対172、電流切替部175、カスコードカレントミラー回路176の一部、及びバイアス回路177の一部のトランジスタは、低濃度トランジスタであり、定電流発生部170A、第1の定電流源173、第2の定電流源174、AB級バイアス回路178、及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bのトランジスタは、高濃度トランジスタである。具体的には、第4トランジスタMF4、第5トランジスタMF5、第7トランジスタMF7、第8トランジスタMF8、第10トランジスタMF10、第11トランジスタMF11、第14トランジスタMF14、第15トランジスタMF15、及び第18トランジスタMF18~第21トランジスタMF21におけるチャネル領域の不純物濃度を、第1トランジスタMF1~第3トランジスタMF3、第6トランジスタMF6、第9トランジスタMF9、第12トランジスタMF12、第13トランジスタMF13、第16トランジスタMF16、第17トランジスタMF17、及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、第4トランジスタMF4、第5トランジスタMF5、第7トランジスタMF7、第8トランジスタMF8、第10トランジスタMF10、第11トランジスタMF11、第14トランジスタMF14、第15トランジスタMF15、及び第18トランジスタMF18~第21トランジスタMF21は、低濃度トランジスタである。一方、第1トランジスタMF1~第3トランジスタMF3、第6トランジスタMF6、第9トランジスタMF9、第12トランジスタMF12、第13トランジスタMF13、第16トランジスタMF16、第17トランジスタMF17、及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bのトランジスタは、高濃度トランジスタである。
In the present embodiment, the channel region of the transistor constituting the first
各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMF1~MF3,MF6,MF9,MF12,MF13,MF16,MF17及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMF1~MF3,MF6,MF9,MF12,MF13,MF16,MF17及び各バックゲートバイアス回路20A,20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。なお、各バックゲートバイアス回路20A,20Bの複数のトランジスタは、表面チャネル型のMOSFETである。
The impurity concentrations in the channel region of each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 are the respective transistors MF1 to MF3, MF6, MF9, MF12, MF13, MF16, MF17 and each backgate. It is preferable that the impurity concentration in the channel region of the transistors of the
各トランジスタMF1~MF21のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第1実施形態の第1トランジスタM1等のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETと同様の構造及び製造方法である。 The structures and manufacturing methods of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs of the transistors MF1 to MF21 are the same structures and manufacturing methods as those of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs such as the first transistor M1 of the first embodiment.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(21-1)第1バックゲートバイアス回路20Aは、第1の差動対171の第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のバックゲート(第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のN型ウェル層39において第1バックゲートバイアス回路20Aがバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のソース電位よりも第2の電源電圧VSS寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のバックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。これにより、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のトランスコンダクタンスgmが大きくなるため、オペアンプ1Sの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(21-1) The first
また、第2バックゲートバイアス回路20Bは、第2の差動対172の第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のバックゲート(第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のN型ウェル層39において第2バックゲートバイアス回路20Bがバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のトランスコンダクタンスgmが大きくなるため、オペアンプ1Sの出力信号Soutのノイズを低減できる。
Further, the second
(21-2)第1バックゲートバイアス回路20Aは、バイアス電圧VBを第2の電源電圧VSSよりも低くすることにより、第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5のトランスコンダクタンスgmが一層大きくなるため、オペアンプ1Sの出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
(21-2) In the first
また、第2バックゲートバイアス回路20Bは、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDよりも大きくすることにより、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のトランスコンダクタンスgmが一層大きくなるため、オペアンプ1Sの出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
Further, in the second
(21-3)バイアス電圧VBを第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8の寄生ダイオードがオンする電圧未満に設定することにより、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8が安定して動作できる。 (21-3) By setting the bias voltage VB to a voltage lower than the voltage at which the parasitic diode of the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 is turned on, the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 can operate stably.
(21-4)バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のトランスコンダクタンスgmが大きくなるとともに第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8が安定して動作できる。特に、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近となるため、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8のトランスコンダクタンスgmが大きくなるとともに第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8がより安定して動作できる。 (21-4) By setting the bias voltage VB to a voltage other than the same voltage as the first power supply voltage VDD within a predetermined range including the first power supply voltage VDD, the backgate-source voltage VBS becomes large. Therefore, the transconductance gm of the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 becomes large, and the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 can operate stably. In particular, by setting the bias voltage VB to a voltage other than the voltage within ± 20% of the first power supply voltage VDD, which is the same as the first power supply voltage VDD, the backgate source voltage VBS becomes the backgate source. Since the voltage is near the VFSH, the transconductance gm of the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 becomes large, and the 7th transistor MF7 and the 8th transistor MF8 can operate more stably.
(21-5)第1の差動対171を構成する第4トランジスタMF4及び第5トランジスタMF5におけるチャネル領域の不純物濃度は、第1の定電流源173を構成する第6トランジスタMF6及び第1バックゲートバイアス回路20Aのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。また、第2の差動対172を構成する第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8におけるチャネル領域の不純物濃度は、第2の定電流源174を構成する第9トランジスタMF9及び第2バックゲートバイアス回路20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。このような構成によれば、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い各差動対171,172を構成する各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(21-5) The impurity concentration in the channel region in the fourth transistor MF4 and the fifth transistor MF5 constituting the first
(21-6)カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11におけるチャネル領域の不純物濃度は、第1の定電流源173を構成する第6トランジスタMF6及び第1バックゲートバイアス回路20Aのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(21-6) The impurity concentration in the channel region of the tenth transistor MF10 and the eleventh transistor MF11 constituting the current source of the cascode
(21-7)バイアス回路177の電流源を構成する第14トランジスタMF14及び第15トランジスタMF15におけるチャネル領域の不純物濃度は、第2の定電流源174を構成する第9トランジスタMF9及び第2バックゲートバイアス回路20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いバイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(21-7) The impurity concentration in the channel region of the 14th transistor MF14 and the 15th transistor MF15 constituting the current source of the
(21-8)電流切替部175の第1の切替部175Aを構成する第18トランジスタMF18及び第19トランジスタMF19におけるチャネル領域の不純物濃度は、第1の定電流源173を構成する第6トランジスタMF6及び第1バックゲートバイアス回路20Aのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。また、第2の切替部175Bを構成する第20トランジスタMF20及び第21トランジスタMF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、第2の定電流源174を構成する第9トランジスタMF9及び第2バックゲートバイアス回路20Bのトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。このような構成によれば、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い電流切替部175を構成する各トランジスタMF18~MF21のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、オペアンプ1Sの出力信号Soutの1/fノイズを効果的に抑制できる。
(21-8) The impurity concentration in the channel region of the 18th transistor MF18 and the 19th transistor MF19 constituting the
(21-9)カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11のチャネル領域の不純物濃度と、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF1,MF2のチャネル領域の不純物濃度と、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMF1,MF2のP型ウェル層62を形成する工程と、各トランジスタMF10,MF11のP型ウェル層62を形成する工程と、各トランジスタMF18,MF19のP型ウェル層62を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Sを製造する工程を簡略化することができる。
(21-9) The impurity concentration in the channel region of each transistor MF10 and MF11 constituting the current source of the cascode
(21-10)バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15のチャネル領域の不純物濃度と、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8のチャネル領域の不純物濃度と、第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMF14,MF15のN型ウェル層70を形成する工程と、各トランジスタMF7,MF8のN型ウェル層70を形成する工程と、各トランジスタMF20,MF21のN型ウェル層70を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Sを製造する工程を簡略化することができる。
(21-10) Impurity concentration in the channel region of each transistor MF14 and MF15 constituting the current source of the
(第21実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Sは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 21st embodiment)
The
・第1バックゲートバイアス回路20A及び第2バックゲートバイアス回路20Bのいずれか一方を省略してもよい。
・オペアンプ1Sにおいて、第1の電源配線2と第1の差動対171との間、より詳細には第1の電源配線2と第1の定電流源173との間に第5実施形態の変形例である図18のオペアンプ1Bの昇圧回路103(図18参照)を追加することもできる。この構成によれば、図18のオペアンプ1Bと同様の効果が得られる。またオペアンプ1Sにおいて、第1の電源配線2と第2の差動対172との間、より詳細には第1の電源配線2と第2の定電流源174との間に第5実施形態の降圧回路100(図17参照)を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。
-Any one of the first
In the
・第1バックゲートバイアス回路20Aは、第6実施形態の変形例である図20のオペアンプ1Cのバックゲートバイアス回路20のように、第4の電源配線5に接続することもできる。この構成によれば、図20のオペアンプ1Cと同様の効果が得られる。また第2バックゲートバイアス回路20Bは、図19に示す第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように、第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態と同様の効果が得られる。
The first
・電流切替部175については、その機能を実現することができれば具体的な回路構成については任意であり、本実施形態の回路構成に限定されない。
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETが混在するように変更してもよい。
The specific circuit configuration of the
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, like each transistor M1 to M4 of the second embodiment. Embedded channel MOSFETs may be applied. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, each transistor MF4, MF5 constituting the first
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。さらに、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。要するに、オペアンプ1Sは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 may have the same structure as the structure of each transistor M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MF4 and MF5 constituting the first
(第22実施形態)
図39を参照して、第22実施形態のオペアンプ1Tについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Tは、第21実施形態のオペアンプ1Sと比較して、各バックゲートバイアス回路20A,20Bが省略され、第8実施形態の第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3が追加された点が異なる。
(22nd Embodiment)
The
第1制御部110Aは、第11トランジスタMF11のソースと第1抵抗R1との間のノードNI5に供給する電流を制御することにより、第11トランジスタMF11のソース電位を制御する。本実施形態の第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1はNチャネルMOSFETである。第1定電流源111は、トランジスタ(図示略)を含む。第1定電流源111のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第1定電流源111のトランジスタのドレインは第1の制御用トランジスタMA1のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第1の制御用トランジスタMA1のソースは第11トランジスタMF11のソースと第1抵抗R1との間のノードNI5に接続され、第1の制御用トランジスタMA1のゲートは第11トランジスタMF11のゲート及びドレインに接続されている。この構成により、第1制御部110Aは、定電流源174の定電流Itに比例した第1電流Ic1がノードNI5に供給される。
The
第2制御部110Bは、第10トランジスタMF10のソースと第2抵抗R2との間のノードNI6に供給する電流を制御することにより、第10トランジスタMF10のソース電位を制御する。本実施形態の第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2はNチャネルMOSFETである。第2定電流源112は、トランジスタ(図示略)を含む。第2定電流源112のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第2定電流源112のトランジスタのドレインは第2の制御用トランジスタMA2のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第2の制御用トランジスタMA2のソースは第10トランジスタMF10のソースと第2抵抗R2との間のノードNI6に接続され、第2の制御用トランジスタMA2のゲートは第11トランジスタMF11のゲートに接続されている。この構成により、第2制御部110Bは、定電流源174の定電流Itに比例した第2電流Ic2がノードNI6に供給される。
The
このように、第11トランジスタMF11のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第10トランジスタMF10のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第11トランジスタMF11のソース電位及び第10トランジスタMF10のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第11トランジスタMF11及び第10トランジスタMF10のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタMF10,MF11のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。
As described above, the source of the 11th transistor MF11 is supplied with the first current Ic1 from the
さらに、本実施形態のオペアンプ1Tの各トランジスタMF1~MF21は、第21実施形態の各トランジスタMF1~MF21と同じ構成及び製造方法である。このため、第21実施形態の(21-5)~(21-10)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the transistors MF1 to MF21 of the
また、第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMA1,MA2は高濃度トランジスタである。各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMA1,MA2は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, since the first control transistor MA1 and the second control transistor MA2 are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2 is set to each transistor MF4. , MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 are higher than the impurity concentration in the channel region. In other words, the impurity concentration in the channel region in each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 is lower than the impurity concentration in the channel region in each transistor MA1 and MA2. That is, each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 are low-concentration transistors, and each transistor MA1 and MA2 are high-concentration transistors. The impurity concentration in the channel region of each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 may be about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2. preferable. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 is about 1/10 of the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2. Is. Further, each transistor MA1 and MA2 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(22-1)各制御部110A,110Bによって能動負荷の各トランジスタMF10,MF11のソース電位が上昇するように制御されることにより、各トランジスタMF10,MF11に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMF10,MF11のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Tの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(22-1) By controlling the source potentials of the active load transistors MF10 and MF11 to increase by the
(22-2)第1トランジスタMF1及び第2トランジスタMF2のチャネル領域の不純物濃度と、第2の定電流源174の第9トランジスタMF9のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路177の各トランジスタMF16,MF17のチャネル領域の不純物濃度と、第1制御部110Aの定電流源111のトランジスタ及び第2制御部110Bの定電流源112のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMF1,MF2のN型ウェル層63を形成する工程、第9トランジスタMF9のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタMF16,MF17のN型ウェル層63を形成する工程、及び各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Tを製造する工程を簡略化することができる。
(22-2) The impurity concentration in the channel region of the first transistor MF1 and the second transistor MF2, the impurity concentration in the channel region of the ninth transistor MF9 of the second constant
(22-3)第3トランジスタMF3のチャネル領域の不純物濃度と、第1の定電流源173の第6トランジスタMF6のチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路176の各トランジスタMF12,MF13のチャネル領域の不純物濃度と、各制御用トランジスタMA1,MA2のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタMF3のP型ウェル層41を形成する工程、第6トランジスタMF6のP型ウェル層41を形成する工程、各トランジスタMF12,MF13のP型ウェル層41を形成する工程、及び各トランジスタMA1,MA2のP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Tを製造する工程を簡略化することができる。
(22-3) Impurity concentration in the channel region of the third transistor MF3, impurity concentration in the channel region of the sixth transistor MF6 of the first constant
(第22実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Tは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 22nd embodiment)
The
・オペアンプ1Tから第1制御部110A及び第2制御部110Bを省略してもよい。この場合、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって各トランジスタMF11,MF10のソース電位が上昇する。
The
・オペアンプ1Tにおいて、第1抵抗R1の抵抗値及び第2抵抗R2の抵抗値を第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11の比に応じて変更してもよい。
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETが混在するように変更してもよい。
In the
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, like each transistor M1 to M4 of the second embodiment. Embedded channel MOSFETs may be applied. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, each transistor MF4, MF5 constituting the first
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。さらに、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。要するに、オペアンプ1Tは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 may have the same structure as the structure of each transistor M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MF4 and MF5 constituting the first
(第23実施形態)
図40を参照して、第23実施形態のオペアンプ1Uについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Uは、第22実施形態のオペアンプ1Tと比較して、各制御部110A,110Bが省略され、電流調整部120Eが追加された点が異なる。
(23rd Embodiment)
The operational amplifier 1U of the 23rd embodiment will be described with reference to FIG. 40. The operational amplifier 1U of the present embodiment is different from the
電流調整部120Eは、第2の差動対172の第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8に流れる電流を、能動負荷となる第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11に流れる電流よりも大きくする。より詳細には、電流調整部120Eは、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8に流れる電流を定電流源174の定電流Itよりも増加させ、各トランジスタMF7,MF8に流れる電流の増加分の電流を第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11に流さないようにする。電流調整部120Eは、第14実施形態の電流調整部120Bの構成と同じであり、電流供給部121、分岐部122、第3抵抗R3、第4抵抗R4、及び第5抵抗R5を有する。
The
電流調整部120Eの電流供給部121は、定電流源174とは別に設けられた電流源であり、第7トランジスタMF7及び第8トランジスタMF8に電流を供給する。第2の供給用トランジスタMB2のソースは第3抵抗R3の第1端子に接続され、第2の供給用トランジスタMB2のゲートは第11トランジスタMF11のゲートに接続されている。第3抵抗R3の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The
分岐部122は、第7トランジスタMF7に流れるドレイン電流の増加分の電流及び第8トランジスタMF8に流れるドレイン電流の増加分の電流のそれぞれを第2の電源配線3に流す。分岐部122は、第1分岐回路123及び第2分岐回路124を含む。
The
第1分岐回路123は、第7トランジスタMF7のドレインと第2の電源配線3とに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4及び第4抵抗R4を含む。第1の分岐用トランジスタMB4及び第4抵抗R4は直列回路を構成している。第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第7トランジスタMF7のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第4抵抗R4の第1端子に接続されている。第4抵抗R4の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。本実施形態の第4抵抗R4の抵抗値は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と等しい。
The
第2分岐回路124は、第8トランジスタMF8のドレインと第2の電源配線3とに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5及び第5抵抗R5を含む。第2の分岐用トランジスタMB5及び第5抵抗R5は直列回路を構成している。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第8トランジスタMF8のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第5抵抗R5の第1端子に接続されている。第5抵抗R5の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。本実施形態の第5抵抗R5の抵抗値は、第4抵抗R4の抵抗値と等しい。すなわち第5抵抗R5の抵抗値は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と等しい。
The
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第2の供給用トランジスタMB2の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第2の供給用トランジスタMB2に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第11トランジスタMF11のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第11トランジスタMF11に流れる電流(第10トランジスタMF10に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the tenth transistor MF10 and the eleventh transistor MF11 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the eleventh transistor MF11, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are different. It is equal to the current flowing through the 11th transistor MF11 (the current flowing through the 10th transistor MF10).
次に、オペアンプ1Uに流れる電流、特に電流調整部120Eに流れる電流について説明する。この説明において、第2の定電流源174に流れる定電流を2IDとする。なお、供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID10,ID11の大きさについては、第14実施形態(第9実施形態)の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様であるため、その説明を省略する。
Next, the current flowing through the operational amplifier 1U, particularly the current flowing through the
第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、各トランジスタMF7,MF8のトランスコンダクタンスgmが増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタMF7,MF8に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、各トランジスタMF10,MF11のトランスコンダクタンスgmの増加が抑制される。したがって、オペアンプ1Uの出力信号Soutのノイズを低減できる。
As described in the ninth embodiment, the supply current IDB3 having the same amount of current as the current IDB2, which is the sum of the currents IDB4 and IDB5 flowing through the transistors MB4 and MB5, is supplied to the
加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第10トランジスタMF10及び第11トランジスタMF11のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタMF10,MF11のソース電位がより上昇する。したがって、能動負荷の回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。これにより、オペアンプ1Uの出力信号Soutのノイズを一層低減できる。 In addition, the first resistance R1 and the second resistance R2 raise the source potentials of the tenth transistor MF10 and the eleventh transistor MF11. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors MF10 and MF11 are further increased. Therefore, the transconductance gm on the circuit of the active load is reduced. As a result, the noise of the output signal Sout of the operational amplifier 1U can be further reduced.
さらに、本実施形態のオペアンプ1Uの各トランジスタMF1~MF21は、第21実施形態の各トランジスタMF1~MF21と同じ構成及び製造方法である。このため、第21実施形態の(21-5)~(21-10)の効果に準じた効果が得られる。 Further, the transistors MF1 to MF21 of the operational amplifier 1U of the present embodiment have the same configuration and manufacturing method as the transistors MF1 to MF21 of the 21st embodiment. Therefore, an effect similar to the effects of (21-5) to (21-10) of the 21st embodiment can be obtained.
また、電流調整部120Eの各トランジスタMB1~MB5は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMB1~MB5は高濃度トランジスタである。各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMB1~MB5は、表面チャネル型のMOSFETである。
Further, since each of the transistors MB1 to MB5 of the
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(23-1)電流調整部120Eによって第2の差動対172に供給する電流を増加させる一方、能動負荷に供給する電流を増加させないため、第2の差動対172の各トランジスタMF7,MF8のトランスコンダクタンスが増加し、能動負荷の各トランジスタMF10,MF11のトランスコンダクタンスの増加を抑制する。したがって、オペアンプ1Uの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(23-1) Since the current supplied to the second
(23-2)能動負荷に接続された第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって能動負荷の各トランジスタMF10,MF11のソース電位を上昇させることができるため、各トランジスタMF10,MF11に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMF10,MF11のトランスコンダクタンスgmが減るため、オペアンプ1Uの出力信号Soutのノイズを低減できる。 (23-2) Since the source potentials of the active load transistors MF10 and MF11 can be increased by the first resistance R1 and the second resistance R2 connected to the active load, the current flowing through the transistors MF10 and MF11 is reduced. Move in the direction. Therefore, since the transconductance gm of each of the transistors MF10 and MF11 on the circuit is reduced, the noise of the output signal Sout of the operational amplifier 1U can be reduced.
(23-3)第1トランジスタMF1及び第2トランジスタMF2のチャネル領域の不純物濃度と、第2の定電流源174の第9トランジスタMF9のチャネル領域の不純物濃度と、バイアス回路177の各トランジスタMF16,MF17のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Eの各トランジスタMB1,MB3のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMF1,MF2のN型ウェル層63を形成する工程、第9トランジスタMF9のN型ウェル層63を形成する工程、各トランジスタMF16,MF17のN型ウェル層63を形成する工程、及び各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Uを製造する工程を簡略化することができる。
(23-3) Impurity concentration in the channel region of the first transistor MF1 and the second transistor MF2, the impurity concentration in the channel region of the ninth transistor MF9 of the second constant
(23-4)第3トランジスタMF3のチャネル領域の不純物濃度と、第1の定電流源173の第6トランジスタMF6のチャネル領域の不純物濃度と、カスコードカレントミラー回路176の各トランジスタMF12,MF13のチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Eの各トランジスタMB2,MB4,MB5のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、第3トランジスタMF3のP型ウェル層41を形成する工程、第6トランジスタMF6のP型ウェル層41を形成する工程、各トランジスタMF12,MF13のP型ウェル層41を形成する工程、及び各トランジスタMB2,MB4,MB5のP型ウェル層41を形成する工程を一括に行うことができる。したがって、オペアンプ1Uを製造する工程を簡略化することができる。
(23-4) The impurity concentration in the channel region of the third transistor MF3, the impurity concentration in the channel region of the sixth transistor MF6 of the first constant
(第23実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Uは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 23rd embodiment)
The operational amplifier 1U of the present embodiment can be changed as follows. The following modifications can be combined with each other as long as there is no technical contradiction.
・オペアンプ1Uにおいて、第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、第3抵抗R3の抵抗値、第4抵抗R4の抵抗値、及び第5抵抗R5の抵抗値を第11トランジスタMF11、第10トランジスタMF10、第2の供給用トランジスタMB2、第1の分岐用トランジスタMB4、及び第2の分岐用トランジスタMB5の比に応じて変更してもよい。 In the operational capacitor 1U, the resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, the resistance value of the third resistance R3, the resistance value of the fourth resistance R4, and the resistance value of the fifth resistance R5 are set to the 11th transistor MF11. , The tenth transistor MF10, the second supply transistor MB2, the first branch transistor MB4, and the second branch transistor MB5 may be changed according to the ratio.
・オペアンプ1Uから第4抵抗R4及び第5抵抗R5を省略し、第1の分岐用トランジスタMB4のソースを第11トランジスタMF11のソースと第1抵抗R1との間に接続し、第2の分岐用トランジスタMB5のソースを第10トランジスタMF10のソースと第2抵抗R2との間に接続してもよい。 The fourth resistor R4 and the fifth resistor R5 are omitted from the operational amplifier 1U, the source of the first branch transistor MB4 is connected between the source of the eleventh transistor MF11 and the first resistor R1, and the second branch is used. The source of the transistor MB5 may be connected between the source of the tenth transistor MF10 and the second resistor R2.
・オペアンプ1Uから第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、第4抵抗R4、及び第5抵抗R5を省略し、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のソース及び第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のソースを第2の電源配線3に接続してもよい。この場合、第11実施形態のオペアンプ1Hのように調整電流源125をオペアンプ1Uに追加してもよい。調整電流源125のトランジスタMB6と、各トランジスタMB2,MB4,MB5との接続構成は、第11実施形態と同様である。
The first resistor R1, the second resistor R2, the third resistor R3, the fourth resistor R4, and the fifth resistor R5 are omitted from the operational amplifier 1U, and the source and the first branch transistor MB4 of the
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETが混在するように変更してもよい。
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, instead of lowering the impurity concentration in the channel region, like each transistor M1 to M4 of the second embodiment. Embedded channel MOSFETs may be applied. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, each transistor MF4, MF5 constituting the first
・各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMF4,MF5,MF7,MF8,MF10,MF11,MF14,MF15,MF18~MF21を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。さらに、第1の差動対171を構成する各トランジスタMF4,MF5の組、第2の差動対172を構成する各トランジスタMF7,MF8の組、カスコードカレントミラー回路176の電流源を構成する各トランジスタMF10,MF11の組、バイアス回路177の電流源を構成する各トランジスタMF14,MF15の組、第1の切替部175Aを構成する各トランジスタMF18,MF19の組、及び第2の切替部175Bを構成する各トランジスタMF20,MF21の組を第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在するように変更してもよい。要するに、オペアンプ1Uは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, each transistor MF4, MF5, MF7, MF8, MF10, MF11, MF14, MF15, MF18 to MF21 may have the same structure as the structure of each transistor M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MF4 and MF5 constituting the first
(第24実施形態)
図41を参照して、第24実施形態の差動回路の一例である積分回路180について説明する。本実施形態の積分回路180は、非反転入力端子INP及び反転入力端子INNに入力される差動入力電流を積分し、所定の周期でサンプル及びホールドし、差動電圧信号を生成する。
(24th Embodiment)
The integrating
積分回路180は、差動対181、定電流源182、定電流源183,184、第1セレクタ185、第2セレクタ186、積分器187、サンプルホールド回路(図示略)、コモンフィードバック回路188、カレントミラー回路189、及びバックゲートバイアス回路20を有する。
The
差動対181は、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2を含む。本実施形態では、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2は、PチャネルMOSFETで構成されている。第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2は、デプレッション型及びエンハンスメント型のいずれかの構造を取り得る。本実施形態では、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2は、エンハンスメント型の構造である。第1トランジスタMG1のソース及び第2トランジスタMG2のソースは共通に接続されている。
The
定電流源182は、差動対181に接続されるトランジスタ(図示略)を含む。本実施形態のトランジスタは、PチャネルMOSFETである。トランジスタのドレインは各トランジスタMG1,MG2のソースに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。トランジスタのゲートは、第1バイアス回路(図示略)からのバイアス電圧が入力される。定電流源182は、バイアス電圧に基づいて定電流Itを供給する。
The constant
定電流源183は第3トランジスタMG3を含み、定電流源184は第4トランジスタMG4を含む。本実施形態の第3トランジスタMG3及び第4トランジスタMG4は、エンハンスメント型のPチャネルMOSFETである。第3トランジスタMG3のソース及び第4トランジスタMG4のソースは第1の電源配線2に接続され、第3トランジスタMG3のゲート及び第4トランジスタMG4のゲートは共通して接続されている。第3トランジスタMG3及び第4トランジスタMG4のゲートは、例えば第1バイアス回路からのバイアス電圧が入力されてもよい。
The constant
第1セレクタ185は、差動対181の前段に設けられている。第1セレクタ185は、差動対181の第1トランジスタMG1のゲートと非反転入力端子INPとが接続され、第2トランジスタMG2のゲートと反転入力端子INNとが接続される第1の状態と、第1トランジスタMG1のゲートと反転入力端子INNとが接続され、第2トランジスタMG2のゲートと非反転入力端子INPとが接続される第2の状態と、を切り替える。図41では、第1の状態が示されている。第1セレクタ185は、第1スイッチSW1~第4スイッチSW4、第1キャパシタCG1、及び第2キャパシタCG2を含む。第1キャパシタCG1及び第2キャパシタCG2は、DCブロック用のキャパシタである。第1キャパシタCG1は第1スイッチSW1と第1トランジスタMG1との間に設けられ、第2キャパシタCG2は第2スイッチSW2と第2トランジスタMG2との間に設けられている。各スイッチSW1~SW4は、CMOSスイッチ(CMOSトランスファゲート)であってもよい。第1スイッチSW1の第1端子及び第3スイッチSW3の第1端子は非反転入力端子INPに接続され、第2スイッチSW2の第1端子及び第4スイッチSW4の第1端子は反転入力端子INNに接続されている。第1スイッチSW1の第2端子は、第1スイッチSW1と第1キャパシタCG1との間のノードNJ1に接続されている。第2スイッチSW2の第2端子は、第2スイッチSW2と第2キャパシタCG2との間のノードNJ2に接続されている。第3スイッチSW3の第2端子はノードNJ2に接続され、第4スイッチSW4の第2端子はノードNJ1に接続されている。第1セレクタ185は、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2がオンかつ第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4がオフのときに第1の状態となり、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2がオフかつ第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4がオンのときに第2の状態となる。
The
第2セレクタ186は、差動対181の後段に設けられている。第2セレクタ186は、第1トランジスタMG1のドレインを積分器187の第1の回路187Aに接続し、第2トランジスタMG2のドレインを積分器187の第2の回路187Bに接続する第1の状態と、第1トランジスタMG1のドレインを第2の回路187Bに接続し、第2トランジスタMG2のドレインを第1の回路187Aに接続する第2の状態と、を切り替える。第2セレクタ186は、第5~第8スイッチSW5~SW8を含む。各スイッチSW5~SW8は、CMOSスイッチ(CMOSトランスファゲート)であってもよい。第5スイッチSW5の第1端子及び第7スイッチSW7の第1端子は第1トランジスタMG1のドレインに接続され、第6スイッチSW6の第1端子及び第8スイッチSW8の第1端子は第2トランジスタMG2のドレインに接続されている。第5スイッチSW5の第2端子は、第1トランジスタMG1と第1の回路187Aとの間のノードNJ3に接続されている。第6スイッチSW6の第2端子は、第2トランジスタMG2と第2の回路187Bとの間のノードNJ4に接続されている。第7スイッチSW7の第2端子はノードNJ4に接続され、第8スイッチSW8の第2端子はノードNJ3に接続されている。第2セレクタ186は、第5スイッチSW5及び第6スイッチSW6がオンかつ第7スイッチSW7及び第8スイッチSW8がオフのときに第1の状態となり、第5スイッチSW5及び第6スイッチSW6がオフかつ第7スイッチSW7及び第8スイッチSW8がオンのときに第2の状態となる。
The
積分器187は、第1の回路187A及び第2の回路187Bを有する。積分器187は、差動対181から第1の回路187Aに流れる第1の差動入力電流を積分し、第1の差動電圧信号を生成する。積分器187は、差動対181から第2の回路187Bに流れる第2の差動入力電流を積分し、第2の差動電圧信号を生成する。
The
第1の回路187Aは、第5トランジスタMG5、抵抗RG1、及びキャパシタCG3を含む。本実施形態の第5トランジスタMG5は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第5トランジスタMG5のドレインは第4トランジスタMG4のドレインと接続され、第5トランジスタMG5のソースは第2の電源配線3に接続され、第5トランジスタMG5のゲートはノードNJ3に接続されている。抵抗RG1及びキャパシタCG3は直列に接続され、RC回路を形成している。抵抗RG1の第1端子は、ノードNJ3と第5トランジスタMG5のゲートとの間のノードNJ5に接続されている。抵抗RG1の第2端子は、キャパシタCG3の第1端子に接続されている。キャパシタCG3の第2端子は、第5トランジスタMG5のドレインに接続されている。
The
第2の回路187Bは、第6トランジスタMG6、抵抗RG2、及びキャパシタCG4を含む。本実施形態の第6トランジスタMG6は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第6トランジスタMG6のドレインは第3トランジスタMG3のドレインと接続され、第6トランジスタMG6のソースは第2の電源配線3に接続され、第6トランジスタMG6のゲートはノードNJ4に接続されている。抵抗RG2及びキャパシタCG4は直列に接続され、RC回路を形成している。抵抗RG2の第1端子は、ノードNJ4と第6トランジスタMG6のゲートとの間のノードNJ6に接続されている。抵抗RG2の第2端子は、キャパシタCG4の第1端子に接続されている。キャパシタCG4の第2端子は、第6トランジスタMG6のドレインに接続されている。
The
コモンフィードバック回路188は、積分器187の第1の差動出力電圧及び第2の差動出力電圧の中点電圧が目標電圧に近づくように、差動対181のバイアス状態を調整する。コモンフィードバック回路188は、差動対188A、定電流源188B、6個の抵抗RG3~RG8、及び2つのキャパシタCG5,CG6を有する。
The
差動対188Aは、第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8を有する。本実施形態の第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8は、PチャネルMOSFETである。第7トランジスタMG7のソース及び第8トランジスタMG8のソースは共通に接続されている。コモンフィードバック回路188は、第9トランジスタMG9及び第10トランジスタMG10をさらに有する。第9トランジスタMG9及び第10トランジスタMG10は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第9トランジスタMG9のドレインは第7トランジスタMG7のドレインに接続され、第10トランジスタMG10のドレインは第8トランジスタMG8のドレインに接続されている。第9トランジスタMG9のソース及び第10トランジスタMG10のソースは、第2の電源配線3に接続されている。第9トランジスタMG9のゲートは、第9トランジスタMG9のドレインに接続されている。第10トランジスタMG10のゲートは、第10トランジスタMG10のドレインに接続されている。
The
定電流源188Bは、差動対188Aに接続されるトランジスタを含む。本実施形態のトランジスタは、PチャネルMOSFETである。トランジスタのドレインは各トランジスタMG7,MG8のソースに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。トランジスタのゲートは、第1バイアス回路(図示略)からのバイアス電圧が入力される。定電流源188Bは、バイアス電圧に基づいて定電流を供給する。
The constant
抵抗RG3及び抵抗RG4は、直列に接続されている。抵抗RG3の第1端子は、キャパシタCG1と第1トランジスタMG1のゲートとの間のノードNJ7に接続されている。抵抗RG3の第2端子は、抵抗RG4の第1端子に接続されている。抵抗RG4の第2端子は、キャパシタCG2と第2トランジスタMG2のゲートとの間のノードNJ8に接続されている。抵抗RG5及び抵抗RG6は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列に接続されている。抵抗RG5の第1端子は第1の電源配線2に接続され、抵抗RG5の第2端子は抵抗RG6の第1端子に接続されている。抵抗RG6の第2端子は、第2の電源配線3に接続されている。第7トランジスタMG7のゲートは、抵抗RG3の第2端子と抵抗RG4の第1端子との間のノードNJ9と、抵抗RG5の第2端子と抵抗RG6の第1端子との間のノードNJ10とに接続されている。
The resistor RG3 and the resistor RG4 are connected in series. The first terminal of the resistor RG3 is connected to the node NJ7 between the capacitor CG1 and the gate of the first transistor MG1. The second terminal of the resistor RG3 is connected to the first terminal of the resistor RG4. The second terminal of the resistor RG4 is connected to the node NJ8 between the capacitor CG2 and the gate of the second transistor MG2. The resistance RG5 and the resistance RG6 are connected in series between the first
抵抗RG7及び抵抗RG8は、直列に接続されている。抵抗RG7の第1端子はサンプルホールド回路の非反転入力端子SHIPに接続され、抵抗RG7の第2端子は抵抗RG8の第1端子に接続されている。抵抗RG8の第2端子は、サンプルホールド回路の反転入力端子SHINに接続されている。キャパシタCG5は抵抗RG7と並列に接続され、キャパシタCG6は抵抗RG8と並列に接続されている。非反転入力端子SHIPは、第3トランジスタMG3のドレインと第6トランジスタMG6のドレインとの間のノードNJ11に接続されている。反転入力端子SHINは、第4トランジスタMG4のドレインと第5トランジスタMG5のドレインとの間のノードNJ12に接続されている。第8トランジスタMG8のゲートは、抵抗RG7の第2端子と抵抗RG8の第1端子との間のノードNJ13に接続されている。 The resistor RG7 and the resistor RG8 are connected in series. The first terminal of the resistor RG7 is connected to the non-inverting input terminal SHIP of the sample hold circuit, and the second terminal of the resistor RG7 is connected to the first terminal of the resistor RG8. The second terminal of the resistor RG8 is connected to the inverting input terminal SHIN of the sample hold circuit. The capacitor CG5 is connected in parallel with the resistor RG7, and the capacitor CG6 is connected in parallel with the resistor RG8. The non-inverting input terminal SHIP is connected to the node NJ11 between the drain of the third transistor MG3 and the drain of the sixth transistor MG6. The inverting input terminal SHIN is connected to the node NJ12 between the drain of the fourth transistor MG4 and the drain of the fifth transistor MG5. The gate of the eighth transistor MG8 is connected to the node NJ13 between the second terminal of the resistor RG7 and the first terminal of the resistor RG8.
カレントミラー回路189は、第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12を含む。本実施形態の第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12は、エンハンスメント型のNチャネルMOSFETである。第11トランジスタMG11のソース及び第12トランジスタMG12のソースは第2の電源配線3に接続され、第11トランジスタMG11のゲート及び第12トランジスタMG12のゲートは第10トランジスタMG10のゲートに共通して接続されている。第11トランジスタMG11のドレインは、第1トランジスタMG1のドレインと第5スイッチSW5との間のノードNJ14に接続されている。第12トランジスタMG12のドレインは、第2トランジスタMG2のドレインと第6スイッチSW6との間のノードNJ15に接続されている。
The
バックゲートバイアス回路20は、差動対181の共通のバックゲートと第1の電源配線2とに接続されている。バックゲートバイアス回路20の構成は、第1実施形態のバックゲートバイアス回路20の構成(図2参照)と同じである。バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のバックゲートに印加する。言い換えれば、バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のソース電位と第1の電源電圧VDDとの中間電圧よりも第1の電源電圧VDD側の電圧となるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のバックゲートに印加する。すなわち、バックゲートバイアス回路20は、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2に印加する。その結果、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となる。またバイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDよりも高くてもよい。この場合、バイアス電圧VBは、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2の寄生ダイオードがオンしない範囲内で第1の電源電圧VDDよりも高いとよい。すなわちバイアス電圧VBは、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2の寄生ダイオードがオンする電圧未満であることが好ましい。第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2の寄生ダイオードがオンする電圧の一例は、第1の電源電圧VDDよりも0.5~0.6V高い電圧(VDD+0.5~0.6)である。バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることが好ましい。より詳細には、バイアス電圧VBは、第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧であることがより好ましい。その結果、バックゲートソース間電圧VBSは、バックゲートソース間電圧VBSHの±20%の範囲内の電圧のうちのバックゲートソース間電圧VBSHを除く電圧となる。
The
さらに、本実施形態では、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズの更なる低減のため、積分回路180の各トランジスタのうちの一部のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を他のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、積分回路180の複数のトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタと、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタとを含む。具体的には、積分回路180の各トランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、積分回路180の各トランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、低濃度トランジスタは、高濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いトランジスタに用いられ、高濃度トランジスタは、低濃度トランジスタよりも、複数のトランジスタのうちの出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いトランジスタに用いられている。詳細には、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い部分は、差動対181、定電流源183,184、積分器187、コモンフィードバック回路188の一部、及びカレントミラー回路189であり、出力信号Soutの1/fノイズ特性に影響を受け難い部分はコモンフィードバック回路188の差動対188A及びバックゲートバイアス回路20である。
Further, in the present embodiment, in order to further reduce the 1 / f noise of the output signal Sout of the integrating
本実施形態では、差動対181、定電流源183,184、積分器187、コモンフィードバック回路188の一部、及びカレントミラー回路189のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度を、コモンフィードバック回路188の差動対188A及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、差動対181、定電流源183,184、積分器187、コモンフィードバック回路188の一部、及びカレントミラー回路189を構成するトランジスタは低濃度トランジスタであり、コモンフィードバック回路188の差動対188A及びバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタは高濃度トランジスタである。具体的には、第1トランジスタMG1~第6トランジスタMG6、及び第9トランジスタMG9~第12トランジスタMG12におけるチャネル領域の不純物濃度を、第7トランジスタMG7、第8トランジスタMG8、及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低くしている。すなわち、第1トランジスタMG1~第6トランジスタMG6、及び第9トランジスタMG9~第12トランジスタMG12は低濃度トランジスタであり、第7トランジスタMG7、第8トランジスタMG8、及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタは高濃度トランジスタである。
In this embodiment, the difference between the
各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMG7,MG8及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMG7,MG8及びバックゲートバイアス回路20のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。なお、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタは、表面チャネル型のMOSFETである。
The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of the transistors of each of the transistors MG7, MG8 and the
各トランジスタMG1~MG12のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第1実施形態の第1トランジスタM1等のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETと同様の構造及び製造方法である。 The structures and manufacturing methods of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs of the transistors MG1 to MG12 are the same structures and manufacturing methods as those of the N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs such as the first transistor M1 of the first embodiment.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(24-1)バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のバックゲート(第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のN型ウェル層39においてバックゲートバイアス回路20がバイアス電圧VBを印加するためのコンタクト領域)に対して第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りのバイアス電圧VBを印加する。これにより、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のバックゲートソース間電圧VBSが大きくなる。これにより、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるため、積分回路180の出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(24-1) In the
(24-2)バックゲートバイアス回路20は、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDよりも大きくすることにより、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のトランスコンダクタンスgm12が一層大きくなるため、積分回路180の出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
(24-2) The
(24-3)バイアス電圧VBを第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2の寄生ダイオードがオンする電圧未満に設定することにより、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2が安定して動作できる。 (24-3) By setting the bias voltage VB to a voltage lower than the voltage at which the parasitic diodes of the first transistor MG1 and the second transistor MG2 are turned on, the first transistor MG1 and the second transistor MG2 can operate stably.
(24-4)バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDを含む所定範囲内のうちの第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSが大きくなるため、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2が安定して動作できる。特に、バイアス電圧VBを第1の電源電圧VDDの±20%以内の電圧のうち第1の電源電圧VDDと同一の電圧を除く電圧に設定することにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近となるため、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のトランスコンダクタンスgm12が大きくなるとともに第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2がより安定して動作できる。 (24-4) By setting the bias voltage VB to a voltage other than the same voltage as the first power supply voltage VDD within a predetermined range including the first power supply voltage VDD, the backgate-source voltage VBS becomes large. Therefore, the transconductance gm12 of the first transistor MG1 and the second transistor MG2 becomes large, and the first transistor MG1 and the second transistor MG2 can operate stably. In particular, by setting the bias voltage VB to a voltage other than the voltage within ± 20% of the first power supply voltage VDD, which is the same as the first power supply voltage VDD, the backgate source voltage VBS becomes the backgate source. Since the inter-voltage voltage is near VBSH, the transconductance gm12 of the first transistor MG1 and the second transistor MG2 becomes large, and the first transistor MG1 and the second transistor MG2 can operate more stably.
(24-5)差動対181を構成する第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2におけるチャネル領域の不純物濃度は、コモンフィードバック回路188の差動対188Aを構成する第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8並びにバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
(24-5) The impurity concentration in the channel region in the first transistor MG1 and the second transistor MG2 constituting the
(24-6)定電流源183,184を構成する第3トランジスタMG3及び第4トランジスタMG4におけるチャネル領域の不純物濃度は、コモンフィードバック回路188の差動対188Aを構成する第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8並びにバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
(24-6) The impurity concentration in the channel region in the third transistor MG3 and the fourth transistor MG4 constituting the constant
(24-7)カレントミラー回路189を構成する第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、コモンフィードバック回路188の差動対188Aを構成する第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8並びにバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易いカレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
(24-7) The impurity concentration in the channel region in the 11th transistor MG11 and the 12th transistor MG12 constituting the
(24-8)積分器187を構成する第5トランジスタMG5及び第6トランジスタMG6におけるチャネル領域の不純物濃度は、コモンフィードバック回路188の差動対188Aを構成する第7トランジスタMG7及び第8トランジスタMG8並びにバックゲートバイアス回路20を構成するトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。この構成によれば、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け易い積分器187を構成する各トランジスタMG5,MG6のチャネル領域の不純物濃度を低くすることにより、移動度の揺らぎを抑制でき、ドレイン電流の揺らぎを抑制できる。したがって、積分回路180の出力信号Soutの1/fノイズを効果的に低減できる。
(24-8) The impurity concentration in the channel region in the 5th transistor MG5 and the 6th transistor MG6 constituting the
(24-9)定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4のチャネル領域の不純物濃度と、差動対181を構成する第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMG3,MG4のN型ウェル層70を形成する工程と、各トランジスタMG1,MG2のN型ウェル層70を形成する工程とを一括に行うことができるため、積分回路180を製造する工程を簡略化することができる。
(24-9) Impurity concentration in the channel region of each transistor MG3 and MG4 constituting the constant
(24-10)カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12のチャネル領域の不純物濃度と、積分器187を構成する各トランジスタMG5,MG6のチャネル領域の不純物濃度と、コモンフィードバック回路188の電流源を構成する各トランジスタMG9,MG10のチャネル領域の不純物濃度とは、互いに等しい。この構成によれば、各トランジスタMG11,MG12のP型ウェル層62を形成する工程と、各トランジスタMG5,MG6のP型ウェル層62を形成する工程と、各トランジスタMG9,MG10のP型ウェル層62を形成する工程とを一括に行うことができるため、積分回路180を製造する工程を簡略化することができる。
(24-10) The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG11 and MG12 constituting the
(24-11)定電流源182のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、差動対188Aの各トランジスタMG7,MG8のチャネル領域の不純物濃度と、定電流源188Bのトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、バックゲートバイアス回路20のトランジスタM5,M8,M9におけるチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、定電流源182のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMG7,MG8のN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源188BのトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、バックゲートバイアス回路20の各トランジスタM5,M8,M9のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、積分回路180Aを製造する工程を簡略化することができる。
(24-11) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(第24実施形態の変形例)
本実施形態の積分回路180は、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 24th embodiment)
The integrating
・積分回路180において、第1の電源配線2と差動対181との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源182との間に第5実施形態の降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。また、バックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように、第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態と同様の効果が得られる。
In the
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12, an embedded channel type MOSFET such as the transistors M1 to M4 of the second embodiment may be applied instead of lowering the impurity concentration in the channel region. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、積分回路180は、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MG1 to MG6 and MG9 to MG12, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 may be changed to the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
(第25実施形態)
図42を参照して、第25実施形態の差動回路の一例である積分回路180Aについて説明する。本実施形態の積分回路180Aは、第24実施形態の積分回路180と比較して、バックゲートバイアス回路20が省略され、第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、及び第2抵抗R2が追加された点が主に異なる。
(25th Embodiment)
The integrating
第1抵抗R1は、第2の電源配線3と第11トランジスタMG11との間に設けられている。第1抵抗R1の第1端子は第11トランジスタMG11のソースに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The first resistance R1 is provided between the second
第2抵抗R2は、第2の電源配線3と第12トランジスタMG12との間に設けられている。第2抵抗R2の第1端子は第12トランジスタMG12のソースに接続され、第2抵抗R2の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
The second resistance R2 is provided between the second
第1抵抗R1及び第2抵抗R2が追加されたことにともない、コモンフィードバック回路188の差動対188Aの第9トランジスタMG9のソースと第2の電源配線3との間に抵抗R9が設けられ、第10トランジスタMG10のソースと第2の電源配線3との間に抵抗R10が設けられている。抵抗R9の第1端子は第9トランジスタMG9のソースに接続され、抵抗R9の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。抵抗R10の第1端子は第10トランジスタMG10のソースに接続され、抵抗R10の第2端子は第2の電源配線3に接続されている。
With the addition of the first resistor R1 and the second resistor R2, a resistor R9 is provided between the source of the ninth transistor MG9 of the
第1制御部110Aは、第11トランジスタMG11のソースと第1抵抗R1との間のノードNJ16に供給する電流を制御することにより、第11トランジスタMG11のソース電位を制御する。本実施形態の第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1はNチャネルMOSFETである。第1定電流源111は、トランジスタ(図示略)を含む。第1定電流源111のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第1定電流源111のトランジスタのドレインは第1の制御用トランジスタMA1のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第1の制御用トランジスタMA1のソースは第11トランジスタMG11のソースと第1抵抗R1との間のノードNJ16に接続され、第1の制御用トランジスタMA1のゲートは第11トランジスタMG11のゲート及びドレインに接続されている。この構成により、第1制御部110Aは、定電流源182の定電流Itに比例した第1電流Ic1がノードNJ16に供給される。
The
第2制御部110Bは、第12トランジスタMG12のソースと第2抵抗R2との間のノードNJ17に供給する電流を制御することにより、第12トランジスタMG12のソース電位を制御する。本実施形態の第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2はNチャネルMOSFETである。第2定電流源112は、トランジスタ(図示略)を含む。第2定電流源112のトランジスタはPチャネルMOSFETである。第2定電流源112のトランジスタのドレインは第2の制御用トランジスタMA2のドレインに接続され、トランジスタのソースは第1の電源配線2に接続されている。第2の制御用トランジスタMA2のソースは第12トランジスタMG12のソースと第2抵抗R2との間のノードNJ17に接続され、第2の制御用トランジスタMA2のゲートは第11トランジスタMG11のゲートに接続されている。この構成により、第2制御部110Bは、定電流源182の定電流Itに比例した第2電流Ic2がノードNJ17に供給される。
The
このように、第4トランジスタME4のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第5トランジスタME5のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第4トランジスタME4のソース電位及び第5トランジスタME5のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第4トランジスタME4及び第5トランジスタME5のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタME4,ME5のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。
As described above, the source of the fourth transistor ME4 is supplied with the first current Ic1 from the
さらに、積分回路180Aの各トランジスタのNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第24実施形態の積分回路180の各トランジスタMG1~MG12のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法と同じである。このため、第24実施形態の(24-5)~(24-10)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the structure and manufacturing method of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET of each transistor of the integrating
また、第1の制御用トランジスタMA1及び第2の制御用トランジスタMA2は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMA1,MA2は高濃度トランジスタである。各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMA1,MA2におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また各トランジスタMA1,MA2は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, since the first control transistor MA1 and the second control transistor MA2 are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MA1 and MA2 is set to each transistor MG1. It is higher than the impurity concentration in the channel region in ~ MG6, MG9 ~ MG12. In other words, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is lower than the impurity concentration of the channel region in each of the transistors MA1 and MA2. That is, the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 are low-concentration transistors, and the transistors MA1 and MA2 are high-concentration transistors. The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MA1 and MA2. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is about 1/10 of the impurity concentration of the channel region of each of the transistors MA1 and MA2. Further, each transistor MA1 and MA2 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(25-1)各制御部110A,110Bによって能動負荷の各トランジスタMG11,MG12のソース電位が上昇するように制御されることにより、各トランジスタMG11,MG12に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMG11,MG12のトランスコンダクタンスgmが減るため、積分回路180Aの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(25-1) By controlling the source potentials of the active load transistors MG11 and MG12 to increase by the
(25-2)定電流源182のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、差動対188Aの各トランジスタMG7,MG8のチャネル領域の不純物濃度と、定電流源188Bのトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、第1制御部110Aの定電流源111のトランジスタ及び第2制御部110Bの定電流源112のトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、定電流源182のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMG7,MG8のN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源188BのトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各定電流源111,112のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、積分回路180Aを製造する工程を簡略化することができる。
(25-2) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(第25実施形態の変形例)
本実施形態の積分回路180Aは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 25th embodiment)
The integrating
・第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、抵抗R9の抵抗値、及び抵抗R10の抵抗値は、第11トランジスタMG11、第12トランジスタMG12、第9トランジスタMG9、及び第10トランジスタMG10の比に応じて変更してもよい。 The resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, the resistance value of the resistance R9, and the resistance value of the resistance R10 are the 11th transistor MG11, the 12th transistor MG12, the 9th transistor MG9, and the 10th transistor. It may be changed according to the ratio of MG10.
・積分回路180Aから第1制御部110A及び第2制御部110Bを省略してもよい。この場合、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって各トランジスタMG11,MG12のソース電位が上昇する。
The
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12, an embedded channel type MOSFET such as the transistors M1 to M4 of the second embodiment may be applied instead of lowering the impurity concentration in the channel region. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、積分回路180Aは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MG1 to MG6 and MG9 to MG12, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 may be changed to the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
(第26実施形態)
図43を参照して、第26実施形態の差動回路の一例である積分回路180Bについて説明する。本実施形態の積分回路180Bは、第25実施形態の積分回路180Aと比較して、各制御部110A,110Bが省略され、電流調整部120Fが追加された点が異なる。
(26th Embodiment)
The integrating
電流調整部120Fは、差動対181の第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2に流れる電流を、能動負荷となる第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12に流れる電流よりも大きくする。より詳細には、電流調整部120Fは、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2に流れる電流を定電流源182の定電流Itよりも増加させ、各トランジスタMG1,MG2に流れる電流の増加分の電流を第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12に流さないようにする。電流調整部120Fは、第12実施形態の電流調整部120Aと同様の構成であり、電流供給部121、分岐部122、及び第3抵抗R3を有する。
The current adjusting unit 120F makes the current flowing through the first transistor MG1 and the second transistor MG2 of the
電流供給部121は、定電流源182とは別に設けられた電流源であり、第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2に電流を供給する。電流供給部121は、第1の供給用トランジスタMB1、第2の供給用トランジスタMB2、及び第3の供給用トランジスタMB3を含む。本実施形態の第1の供給用トランジスタMB1及び第3の供給用トランジスタMB3はPチャネルMOSFETであり、第2の供給用トランジスタMB2はNチャネルMOSFETである。
The
第1の供給用トランジスタMB1及び第2の供給用トランジスタMB2は、第1の電源配線2と第2の電源配線3との間で直列回路を構成している。第1の供給用トランジスタMB1のソースは第1の電源配線2に接続され、第1の供給用トランジスタMB1のゲートは第1の供給用トランジスタMB1のドレインに接続され、第1の供給用トランジスタMB1のドレインは第2の供給用トランジスタMB2のドレインに接続されている。第2の供給用トランジスタMB2のソースは第2の電源配線3に接続されている。
The first supply transistor MB1 and the second supply transistor MB2 form a series circuit between the first
第3の供給用トランジスタMB3は、第1の電源配線2と差動対181との間に設けられている。第3の供給用トランジスタMB3のソースは第1の電源配線2に接続され、第3の供給用トランジスタMB3のドレインは第1トランジスタMG1及び第2トランジスタMG2のソースに接続され、第3の供給用トランジスタMB3のゲートは第1の供給用トランジスタMB1のゲートに共通に接続されている。これにより、第1の供給用トランジスタMB1及び第3の供給用トランジスタMB3は、カレントミラー回路を構成している。
The third supply transistor MB3 is provided between the first
分岐部122は、第1トランジスタMG1に流れるドレイン電流の増加分の電流及び第2トランジスタMG2に流れるドレイン電流の増加分の電流のそれぞれを第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12のドレインに流さない。分岐部122は、第1分岐回路123及び第2分岐回路124を含む。
The
第1分岐回路123は、第1の分岐用トランジスタMB4を含む。本実施形態の第1の分岐用トランジスタMB4は、NチャネルMOSFETである。第1の分岐用トランジスタMB4のドレインは第1トランジスタMG1のドレインに接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第12トランジスタMG12と第1抵抗R1との間のノードNJ18に接続され、第1の分岐用トランジスタMB4のゲートは第11トランジスタMG11のゲート及び第10トランジスタMG10のゲートに共通に接続されている。
The
第2分岐回路124は、第2の分岐用トランジスタMB5を含む。本実施形態の第2の分岐用トランジスタMB5は、NチャネルMOSFETである。第2の分岐用トランジスタMB5のドレインは第2トランジスタMG2のドレインに接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第11トランジスタMG11と第2抵抗R2との間のノードNJ19に接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のゲートは第12トランジスタMG12のゲート及び第10トランジスタMG10のゲートに共通に接続されている。
The
また第2の分岐用トランジスタMB5のゲートには、第2の供給用トランジスタMB2のゲートが接続されている。このように、各分岐用トランジスタMB4,MB5、第2の供給用トランジスタMB2、及び第10トランジスタMG10は、カレントミラー回路を構成している。また各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧は、第10トランジスタMG10のゲート電圧によって制御される。 Further, the gate of the second supply transistor MB2 is connected to the gate of the second branch transistor MB5. As described above, the branching transistors MB4 and MB5, the second supply transistor MB2, and the tenth transistor MG10 form a current mirror circuit. Further, the gate voltage of each transistor MB2, MB4, MB5 is controlled by the gate voltage of the tenth transistor MG10.
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第2の供給用トランジスタMB2の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第2の供給用トランジスタMB2に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第11トランジスタMG11のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第11トランジスタMG11に流れる電流(第12トランジスタMG12に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the eleventh transistor MG11 and the twelfth transistor MG12 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the eleventh transistor MG11, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are the first. It is equal to the current flowing through the 11th transistor MG11 (the current flowing through the 12th transistor MG12).
次に、積分回路180Bに流れる電流、特に電流調整部120Fに流れる電流について説明する。この説明において、定電流源182に流れる定電流を2IDとする。
積分回路180Bにおいて、差動対181には、定電流2ID及び第3の供給用トランジスタMB3から供給電流IDB3が供給される。供給電流IDB3は、各トランジスタMB1,MB3からなるカレントミラー回路によって第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2に比例した電流である。本実施形態では、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比が1:1であるため、供給電流IDB3は電流IDB2と等しい。詳述すると、電流IDB2は、各トランジスタMG11,MB4,MB5,MB2からなるカレントミラー回路によって第11トランジスタMG11の電流ID11に比例した電流である。本実施形態では、各トランジスタMB4,MB5とトランジスタMG11との電流比は1:1であるため、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5は、電流ID11と等しい。加えて、第2の供給用トランジスタMB2と各トランジスタMB4,MB5とはカレントミラー回路を構成しているため、第2の供給用トランジスタMB2に流れる電流IDB2は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。すなわち、差動対181に供給される供給電流IDB3は、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流の合計(IDB4+IDB5)となる。さらに、各トランジスタMG11,MG12,MB4,MB5に流れる電流は互いに等しいため、各トランジスタMG11,MG12に流れる電流を合計した電流(ID3+ID4)、すなわち定電流2IDと、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流(IDB4+IDB5)とは互いに等しい。このため、本実施形態では、供給電流IDB3と定電流2IDとが互いに等しい。
Next, the current flowing through the integrating
In the
また、差動対181の各トランジスタMG1,MG2のそれぞれに流れる電流IDxは、定電流2IDと供給電流IDB3との入力が同相の場合、すなわち入力信号であるゲート電圧が同相の場合、IDx=(2ID+IDB3)/2となる。このように、各トランジスタMG1,MG2に流れる電流IDxは、電流ID(定電流2ID/2)よりもIDB3の1/2分だけ大きくなる。一方、第11トランジスタMG11とカレントミラー回路を構成する分岐部122の各トランジスタMB4,MB5により、各トランジスタMG1,MG2のドレインより電流IDB4,IDB5がそれぞれ引き抜かれる。これにより、第11トランジスタMG11に流れる電流ID11は、IDx-IDB4となり、第12トランジスタMG12に流れる電流ID12は、IDx-IDB5となる。このため、本実施形態の電流IDB4,IDB5のそれぞれは、電流IDB3の1/2となる。すなわち、各トランジスタMG1,MG2に流れる電流の増加分、すなわち電流供給部121からの供給電流分を各トランジスタMB4,MB5に流している。このように、電流調整部120Fは、定電流源11の定電流2IDと等しい電流を差動対181に供給するとともに、定電流2IDの1/2の電流を各トランジスタMB4,MB5に流すことにより、各トランジスタMG11,MG12には電流IDのみが流れるようにしている。このため、電流調整部120Fは、各トランジスタMG1,MG2に流す電流を増加させても各トランジスタMG11,MG12に流れる電流を増加させない。これにより、差動対181の各トランジスタMG1,MG2のトランスコンダクタンスgmが増加する一方、能動負荷となる各トランジスタMG11,MG12のトランスコンダクタンスが増加しない。
Further, the current IDx flowing through each of the transistors MG1 and MG2 of the
加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第11トランジスタMG11及び第12トランジスタMG12のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、各トランジスタMG11,MG12のソース電位がより上昇する。したがって、能動負荷の回路上のトランスコンダクタンスgmが低下する。 In addition, the first resistance R1 and the second resistance R2 raise the source potentials of the 11th transistor MG11 and the 12th transistor MG12. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors MG11 and MG12 are further increased. Therefore, the transconductance gm on the circuit of the active load is reduced.
さらに、積分回路180Bの各トランジスタのNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法は、第24実施形態の積分回路180の各トランジスタMG1~MG12のNチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETの構造及び製造方法と同じである。このため、第24実施形態の(24-5)~(24-10)の効果に準じた効果が得られる。
Further, the structure and manufacturing method of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET of each transistor of the integrating
また、電流調整部120Fの各トランジスタMB1~MB5は、出力信号Soutの1/fノイズの影響を受け難いため、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度を、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度よりも高くしている。言い換えれば、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い。つまり、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12は低濃度トランジスタであり、各トランジスタMB1~MB5は高濃度トランジスタである。各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2以下であることが好ましい。本実施形態では、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12におけるチャネル領域の不純物濃度は、各トランジスタMB1~MB5におけるチャネル領域の不純物濃度の約1/10である。また、各トランジスタMB1~MB5は、表面チャネル型のMOSFETである。 Further, since the transistors MB1 to MB5 of the current adjusting unit 120F are not easily affected by the 1 / f noise of the output signal Sout, the impurity concentration in the channel region of each transistor MB1 to MB5 is set to the impurity concentration of each transistor MG1 to MG6, MG9 to. It is higher than the impurity concentration in the channel region in MG12. In other words, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is lower than the impurity concentration of the channel region in each of the transistors MB1 to MB5. That is, the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 are low-concentration transistors, and the transistors MB1 to MB5 are high-concentration transistors. The impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is preferably about 1/2 or less of the impurity concentration of the channel region of each of the transistors MB1 to MB5. In the present embodiment, the impurity concentration in the channel region of each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 is about 1/10 of the impurity concentration of the channel region of each of the transistors MB1 to MB5. Further, each transistor MB1 to MB5 is a surface channel type MOSFET.
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(26-1)電流調整部120Fによって差動対181に供給する電流を増加させる一方、能動負荷に供給する電流を増加させないため、差動対181の各トランジスタMG1,MG2のトランスコンダクタンスが増加し、能動負荷の各トランジスタMG11,MG12のトランスコンダクタンスの増加を抑制する。したがって、積分回路180Bの出力信号Soutのノイズを低減できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(26-1) While the current supplied to the
(26-2)能動負荷に接続された第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって能動負荷の各トランジスタMG11,MG12のソース電位を上昇させることができるため、各トランジスタMG11,MG12に流れる電流を減らす方向に動作する。このため、回路上の各トランジスタMG11,MG12のトランスコンダクタンスgmが減るため、積分回路180Bの出力信号Soutのノイズを低減できる。
(26-2) Since the source potentials of the active load transistors MG11 and MG12 can be increased by the first resistance R1 and the second resistance R2 connected to the active load, the current flowing through the transistors MG11 and MG12 is reduced. Move in the direction. Therefore, since the transconductance gm of each of the transistors MG11 and MG12 on the circuit is reduced, the noise of the output signal Sout of the integrating
(26-3)定電流源182のトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、差動対188Aの各トランジスタMG7,MG8のチャネル領域の不純物濃度と、定電流源188Bのトランジスタのチャネル領域の不純物濃度と、電流調整部120Fの各トランジスタMB1,MB3におけるチャネル領域の不純物濃度とは互いに等しい。この構成によれば、定電流源182のトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMG7,MG8のN型ウェル層63を形成する工程と、定電流源188BのトランジスタのN型ウェル層63を形成する工程と、各トランジスタMB1,MB3のN型ウェル層63を形成する工程とを一括に行うことができる。したがって、積分回路180Bを製造する工程を簡略化することができる。
(26-3) The impurity concentration in the channel region of the transistor of the constant
(第26実施形態の変形例)
本実施形態の積分回路180Bは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 26th embodiment)
The integrating
・積分回路180Bから第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、抵抗R9、及び抵抗R10を省略し、第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4のソース及び第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5のソースを第2の電源配線3に接続してもよい。この場合、第11実施形態のオペアンプ1Hのように調整電流源125を積分回路180Bに追加してもよい。調整電流源125のトランジスタMB6と、各トランジスタMB2,MB4,MB5との接続構成は、第11実施形態と同様である。
The first resistance R1, the second resistance R2, the third resistance R3, the resistance R9, and the resistance R10 are omitted from the
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
For each of the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12, an embedded channel type MOSFET such as the transistors M1 to M4 of the second embodiment may be applied instead of lowering the impurity concentration in the channel region. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
・各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタMG1~MG6,MG9~MG12を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、差動対181を構成する各トランジスタMG1,MG2の組、カレントミラー回路189を構成する各トランジスタMG11,MG12の組、及び定電流源183,184を構成する各トランジスタMG3,MG4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、積分回路180Bは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each transistor MG1 to MG6 and MG9 to MG12, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors MG1 to MG6 and MG9 to MG12 may be changed to the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, a set of each transistor MG1 and MG2 constituting the
(第27実施形態)
図44を参照して、第27実施形態のオペアンプ1Vについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Vは、第1実施形態のオペアンプ1に第8実施形態の第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第4実施形態の出力段93が追加された構成である。
(27th Embodiment)
The
オペアンプ1Vは、差動対10、定電流源11、能動負荷となるカレントミラー回路12、基準電流源13、バックゲートバイアス回路20、出力段93、第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、及び第2抵抗R2を含む。
The
オペアンプ1Vの差動対10、定電流源11、カレントミラー回路12、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20は、第1実施形態のオペアンプ1の差動対10、定電流源11、カレントミラー回路12、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20と同じ構成である。オペアンプ1Vの差動対10、定電流源11、カレントミラー回路12、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20の接続構成は、第1実施形態のオペアンプ1の差動対10、定電流源11、カレントミラー回路12、基準電流源13、及びバックゲートバイアス回路20の接続構成と同じである。
The
オペアンプ1Vの出力段93は、第2トランジスタM2のドレインと第4トランジスタM4のドレインとの間のノードNK1に接続されている。オペアンプ1Vの出力段93の構成は、第4実施形態の出力段93と同じ構成である。
The
オペアンプ1Vの第1制御部110A及び第2制御部110Bは、第8実施形態の第1制御部110A及び第2制御部110Bと同じ構成である。オペアンプ1Vの第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値は、第8実施形態の第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗値と同じである。
The
オペアンプ1Vの第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、及び第2抵抗R2の接続構成は、第8実施形態の第1制御部110A、第2制御部110B、第1抵抗R1、及び第2抵抗R2の接続構成と同じである。つまり、第1制御部110Aの第1の制御用トランジスタMA1のソースは第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNK2に接続され、第2制御部110Bの第2の制御用トランジスタMA2のソースは第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNK3に接続されている。
The connection configuration of the
本実施形態の作用について説明する。
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。これにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となるため、図3に示すように、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートが各トランジスタM1,M2のソースに接続される場合に比べ、トランスコンダクタンスgm12が大きくなる。
The operation of this embodiment will be described.
The
また、第3トランジスタM3のソースには第1制御部110Aから第1電流Ic1が供給され、第4トランジスタM4のソースには第2制御部110Bから第2電流Ic2が供給されることにより、第3トランジスタM3のソース電位及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。加えて、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第7実施形態に比べ、各トランジスタM3,M4のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が一層低下する。
Further, the source of the third transistor M3 is supplied with the first current Ic1 from the
このように、トランスコンダクタンスgm12が大きくなる一方、トランスコンダクタンスgm34が小さくなるため、オペアンプ1Vのノイズを効果的に低減できる。
本実施形態によれば、第1実施形態の(1-1)~(1-4)の効果と同様の効果、及び第10実施形態の(8-1)の効果と同様の効果が得られる。
As described above, since the transconductance gm12 becomes large and the transconductance gm34 becomes small, the noise of the
According to the present embodiment, the same effect as the effect of (1-1) to (1-4) of the first embodiment and the same effect as the effect of (8-1) of the tenth embodiment can be obtained. ..
また、本実施形態のオペアンプ1Vの各トランジスタM1~M4は、第1実施形態の各トランジスタM1~M4と同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)~(1-8)の効果と同様の効果が得られる。また本実施形態のオペアンプ1Vの各トランジスタMA1,MA2は、第8実施形態の各トランジスタMA1,MA2と同じ構成及び製造方法である。このため、第8実施形態の(8-2)及び(8-3)の効果と同様の効果が得られる。
Further, the transistors M1 to M4 of the
(第27実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Vは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Modified example of the 27th embodiment)
The
・オペアンプ1Vは、カレントミラー回路12に代えて、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92を備えてもよい。
・オペアンプ1Vにおいて、第1抵抗R1の抵抗値及び第2抵抗R2の抵抗値は、第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4の比に応じて変更してもよい。
The
In the
・オペアンプ1Vは、第1の電源配線2と差動対10との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源11との間に、第5実施形態の降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態の効果と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Vのバックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態の効果と同様の効果が得られる。
The
・オペアンプ1Vから第1制御部110A及び第2制御部110Bを省略してもよい。この場合、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。
The
・オペアンプ1Vにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
・オペアンプ1Vにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Vにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Vにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Vは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the
(第28実施形態)
図45を参照して、第28実施形態のオペアンプ1Wについて説明する。本実施形態のオペアンプ1Wは、第1実施形態のオペアンプ1に第12実施形態の電流調整部120A、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、及び出力段93を追加した構成である。
(28th Embodiment)
The operational amplifier 1W of the 28th embodiment will be described with reference to FIG. 45. The operational amplifier 1W of the present embodiment has a configuration in which the
オペアンプ1Wの電流調整部120A及び出力段93は、第12実施形態の電流調整部120A及び出力段93と同じ構成である。出力段93は、第2トランジスタM2のドレインと第4トランジスタM4のドレインとの間のノードNL1に接続されている。オペアンプ1Wの第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3のそれぞれの抵抗値は、第12実施形態の第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3のそれぞれの抵抗値と同じである。オペアンプ1Wの電流調整部120A、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、及び出力段93の接続構成は、第12実施形態の電流調整部120A、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、及び出力段93の接続構成と同じである。つまり、分岐部122の第1の分岐用トランジスタMB4のソースは第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNL2に接続され、第2の分岐用トランジスタMB5のソースは第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNL3に接続されている。
The
第1分岐回路123の第1の分岐用トランジスタMB4と第2分岐回路124の第2の分岐用トランジスタMB5との電気的特性は互いに等しい。加えて、各トランジスタMB2,MB4,MB5のゲート電圧が共通するため、第2の供給用トランジスタMB2の電流量が第1の分岐用トランジスタMB4(第2の分岐用トランジスタMB5)の電流量の2倍となるので、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流を合計した電流を第2の供給用トランジスタMB2に生成する。
The electrical characteristics of the first branch transistor MB4 of the
本実施形態において、各トランジスタMB4,MB5と第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4との電気的特性は互いに等しく設定されている。加えて、各トランジスタMB4,MB5のゲートは第3トランジスタM3のゲートに接続されているため、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流と、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流とは、第3トランジスタM3に流れる電流(第4トランジスタM4に流れる電流)と等しくなる。 In the present embodiment, the electrical characteristics of each of the transistors MB4 and MB5 and the third transistor M3 and the fourth transistor M4 are set to be equal to each other. In addition, since the gates of the transistors MB4 and MB5 are connected to the gate of the third transistor M3, the current flowing through the first branching transistor MB4 and the current flowing through the second branching transistor MB5 are the first. It becomes equal to the current flowing through the three transistors M3 (the current flowing through the fourth transistor M4).
本実施形態の作用について説明する。以下の説明において、定電流源11に流れる定電流を2IDとする。
バックゲートバイアス回路20は、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のソース電位よりも第1の電源電圧VDD寄りになるようなバイアス電圧VBを第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートに印加する。これにより、バックゲートソース間電圧VBSがバックゲートソース間電圧VBSH付近の電圧となるため、図3に示すように、第1トランジスタM1及び第2トランジスタM2のバックゲートが各トランジスタM1,M2のソースに接続される場合に比べ、トランスコンダクタンスgm12が大きくなる。
The operation of this embodiment will be described. In the following description, the constant current flowing through the constant
The
電流調整部120Aにおける電流の流れは、第12実施形態の電流調整部120Aにおける電流の流れと同様である。すなわち、供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさについては、第9実施形態の供給電流IDB3、電流IDB2,IDB4,IDB5、及び電流ID3,ID4の大きさと同様である。また、第9実施形態において説明したとおり、各トランジスタMB4,MB5に流れる電流IDB4,IDB5の合計となる電流IDB2と同じ電流量の供給電流IDB3が差動対10に供給される。このため、差動対10に供給される電流は、供給電流IDB3と定電流2IDの合計となるため、各トランジスタM1,M2のトランスコンダクタンスgm12が増加する。一方、各トランジスタMB4,MB5によって各トランジスタM1,M2に流れる電流IDxから電流IDB4,IDB5が引き抜かれるため、各トランジスタM3,M4のトランスコンダクタンスgm34の増加が抑制される。
The current flow in the
第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4は、第3トランジスタM3と第1抵抗R1との間のノードNL2に流れ、第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5は、第4トランジスタM4と第2抵抗R2との間のノードNL3に流れる。このため、第3トランジスタM3のソース電位及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。加えて、第7実施形態において説明したように、第1抵抗R1及び第2抵抗R2によって第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4のソース電位が上昇する。このように、本実施形態では、第7実施形態に比べ、各トランジスタM3,M4のソース電位がより上昇する。したがって、回路上のトランスコンダクタンスgm34が低下する。 The current IDB4 flowing through the first branching transistor MB4 flows through the node NL2 between the third transistor M3 and the first resistor R1, and the current IDB5 flowing through the second branching transistor MB5 is the fourth transistor M4 and the first. It flows to the node NL3 between the two resistors R2. Therefore, the source potential of the third transistor M3 and the source potential of the fourth transistor M4 increase. In addition, as described in the seventh embodiment, the source potentials of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 are increased by the first resistance R1 and the second resistance R2. As described above, in the present embodiment, the source potentials of the transistors M3 and M4 are further increased as compared with the seventh embodiment. Therefore, the transconductance gm34 on the circuit is reduced.
このように、トランスコンダクタンスgm12が大きくなる一方、トランスコンダクタンスgm34が小さくなるため、オペアンプ1Wのノイズを効果的に低減できる。
本実施形態によれば、第1実施形態の(1-1)~(1-4)の効果と同様の効果、及び第12実施形態の効果と同様の効果が得られる。
As described above, since the transconductance gm12 becomes large and the transconductance gm34 becomes small, the noise of the operational amplifier 1W can be effectively reduced.
According to this embodiment, the same effect as the effect of (1-1) to (1-4) of the first embodiment and the same effect as the effect of the twelfth embodiment can be obtained.
また、本実施形態のオペアンプ1Wの各トランジスタM1~M4は、第1実施形態の各トランジスタM1~M4と同じ構成及び製造方法である。このため、第1実施形態の(1-5)~(1-8)の効果と同様の効果が得られる。また本実施形態のオペアンプ1Wの各トランジスタMB1~MB5は、第12実施形態の各トランジスタMB1~MB5と同じ構成及び製造方法である。 Further, the transistors M1 to M4 of the operational amplifier 1W of the present embodiment have the same configuration and manufacturing method as the transistors M1 to M4 of the first embodiment. Therefore, the same effect as the effect of (1-5) to (1-8) of the first embodiment can be obtained. Further, the transistors MB1 to MB5 of the operational amplifier 1W of the present embodiment have the same configuration and manufacturing method as the transistors MB1 to MB5 of the twelfth embodiment.
(第28実施形態の変形例)
本実施形態のオペアンプ1Wは、以下のように変更できる。なお、以下の変形例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。
(Variation example of the 28th embodiment)
The operational amplifier 1W of this embodiment can be changed as follows. The following modifications can be combined with each other as long as there is no technical contradiction.
・オペアンプ1Wは、カレントミラー回路12に代えて、第4実施形態のカスコードカレントミラー回路91及びバイアス回路92を備えてもよい。
・オペアンプ1Wの電流調整部120Aにおいて、電流供給部121からの供給電流IDB3の大きさは、定電流2IDを超えない範囲において任意に変更可能である。例えば、第1の供給用トランジスタMB1と第3の供給用トランジスタMB3との電流比を2:1としてもよい。この場合、第3の供給用トランジスタMB3の供給電流IDB3は、供給電流IDB2の1/2となる。このように、供給電流IDB3を定電流2IDよりも小さくすることができる。これにより、第1の分岐用トランジスタMB4に流れる電流IDB4及び第2の分岐用トランジスタMB5に流れる電流IDB5が電流IDよりも小さくなることにより、各分岐用トランジスタMB4,MB5の素子ばらつきに起因する第3トランジスタM3及び第4トランジスタM4に流れる電流ID3,ID4への影響を一層低減できる。
The operational amplifier 1W may include the cascode
In the
・オペアンプ1Wにおいて、第1抵抗R1の抵抗値、第2抵抗R2の抵抗値、及び第3抵抗R3の抵抗値は、第3トランジスタM3、第4トランジスタM4、及び第2の供給用トランジスタMB2の比に応じて変更してもよい。 In the operational amplifier 1W, the resistance value of the first resistance R1, the resistance value of the second resistance R2, and the resistance value of the third resistance R3 are determined by the third transistor M3, the fourth transistor M4, and the second supply transistor MB2. It may be changed according to the ratio.
・オペアンプ1Wは、第1の電源配線2と差動対10との間、より詳細には第1の電源配線2と定電流源11との間に、第5実施形態の降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態の効果と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Wのバックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態の効果と同様の効果が得られる。
The operational amplifier 1W adds the step-down
・オペアンプ1Wにおいて、第1の分岐用トランジスタMB4のソース、及び第2の分岐用トランジスタMB5のソースに第4抵抗R4及び第5抵抗R5を接続してもよい。この場合、第4抵抗R4及び第5抵抗R5は、ノードNL2,NL3ではなく、第2の電源配線3に接続される。すなわちオペアンプ1Wの電流調整部120Aは、第14実施形態のオペアンプ1Kの電流調整部120Bのように変更してもよい。また、この場合、第14実施形態のオペアンプ1Kのように、電流制御部130を追加してもよい。
In the operational amplifier 1W, the fourth resistance R4 and the fifth resistance R5 may be connected to the source of the first branch transistor MB4 and the source of the second branch transistor MB5. In this case, the fourth resistance R4 and the fifth resistance R5 are connected to the second
・オペアンプ1Wから第1抵抗R1、第2抵抗R2、及び第3抵抗R3を省略し、オペアンプ1Wの電流調整部120Aを第9実施形態の電流調整部120のように変更してもよい。すなわち、第2の供給用トランジスタMB2のソース、第1の分岐用トランジスタMB4のソース、及び第2の分岐用トランジスタMB5のソースは、第2の電源配線3に接続された構成であってもよい。
The first resistor R1, the second resistor R2, and the third resistor R3 may be omitted from the operational amplifier 1W, and the
・オペアンプ1Wにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに代えて、第2実施形態の各トランジスタM1~M4のような埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFETに変更してもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the operational amplifier 1W, an embedded channel type MOSFET such as the transistors M1 to M4 of the second embodiment may be applied instead of lowering the impurity concentration in the channel region. As a result, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, one or two sets of one or two sets of the transistors M1 and M2 constituting the
・オペアンプ1Wにおける各トランジスタM1~M4について、チャネル領域の不純物濃度を低下させることに加えて、埋め込みチャネル型のMOSFETを適用してもよい。すなわち、各トランジスタM1~M4を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造にしてもよい。これにより、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、オペアンプ1Wにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。さらに、オペアンプ1Wにおける差動対10を構成する各トランジスタM1,M2の組、及びカレントミラー回路12を構成する各トランジスタM3,M4の組のうちのいずれか1つ又は2つの組を第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET又は第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。要するに、オペアンプ1Wは、第1実施形態の低濃度トランジスタ、第2実施形態の埋め込みチャネル型のMOSFET、及び第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造が混在する構成であってもよい。
-For each of the transistors M1 to M4 in the operational amplifier 1W, in addition to lowering the impurity concentration in the channel region, an embedded channel type MOSFET may be applied. That is, the transistors M1 to M4 may have the same structure as the transistors M1 to M4 of the third embodiment. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, the third embodiment includes any one or two sets of the transistors M1 and M2 constituting the
(変形例)
上記各実施形態に関する説明は、本発明の差動回路が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明の差動回路は、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
(Modification example)
The description of each of the above embodiments is an example of possible embodiments of the differential circuit of the present invention and is not intended to limit the embodiments. The differential circuit of the present invention may take, for example, a modification of each of the above embodiments shown below, and a combination of at least two modifications that do not contradict each other.
・上記各実施形態では、シリコン基板30における素子分離領域35がSTI構造であったが、これに限られず、LOCOS(local oxidation of silicon)構造であってもよい。
In each of the above embodiments, the
・上記各実施形態では、差動回路の複数のトランジスタのうちのNチャネルMOSFETのソース領域45が低濃度ソース領域47及び高濃度ソース領域48からなり、ドレイン領域46が低濃度ドレイン領域49及び高濃度ドレイン領域50からなる、所謂DDD(Double Diffused Drain)型のMOSFETであったが、NチャネルMOSFETの構造はこれに限られない。例えば、NチャネルMOSFETのソース領域45が高濃度ソース領域48のみからなり、ドレイン領域46が高濃度ドレイン領域50のみからなってもよい。また、差動回路の複数のトランジスタのうちのPチャネルMOSFETのソース領域64及びドレイン領域65も同様に、ソース領域64が高濃度ソース領域67のみからなり、ドレイン領域65が高濃度ドレイン領域69のみからなってもよい。
In each of the above embodiments, the
・ゲート絶縁膜42は、シリコン酸化膜に限られず、高誘電率材料(High-K材料)によって構成されていてもよい。高誘電率材料としては、例えば、HfO2、HfSiON、SiON、Si3N4、Al2O3、Ta2O5、TiO2、La2O3、CeO2、ZrO2、HfO2、SrTiO3、Pr2O3などが考えられる。
The
なお、ゲート絶縁膜42として高誘電率材料が採用された場合、高誘電率材料によっては、チャネル領域とゲート絶縁膜42との界面での散乱が生じ易くなり、1/fノイズ特性の悪化が懸念される場合がある。この点、例えば第2実施形態のように、埋め込みチャネル型のMOSFETを採用することによって、上記界面での散乱に起因する1/fノイズ特性の悪化を抑制できるため、ゲート絶縁膜42として高誘電率材料を採用することに起因する上記懸念を抑制できる。
When a high dielectric constant material is adopted as the
・上記第1実施形態では、差動回路の複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタのP型ウェル層62(N型ウェル層70)の不純物濃度を他のトランジスタのP型ウェル層41(N型ウェル層63)の不純物濃度よりも低くしたが、複数のトランジスタの構造はこれに限られない。例えば、図46に示すように、上記一部のトランジスタの一例としての第3トランジスタM3(NチャネルMOSFET)のチャネル領域を形成する導電領域としてP型エピタキシャル層31を用い、上記一部のトランジスタの一例としての第1トランジスタM1(PチャネルMOSFET)のチャネル領域を形成する導電領域として高耐圧のN型ウェル層39を用いてもよい。
In the first embodiment, the impurity concentration of the P-type well layer 62 (N-type well layer 70) of some of the plurality of transistors of the differential circuit is set to the P-type well layer 41 (N) of another transistor. Although it is lower than the impurity concentration of the mold well layer 63), the structure of the plurality of transistors is not limited to this. For example, as shown in FIG. 46, a P-
図46の第3トランジスタM3では、P型エピタキシャル層31の表層部にソース領域45及びドレイン領域46が形成されている。すなわち、P型エピタキシャル層31には、チャネル領域が形成される。図46の第3トランジスタM3のチャネル領域は、P型エピタキシャル層31のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域45とドレイン領域46との間に配置されている。図46の第3トランジスタM3のチャネル領域は、P型エピタキシャル層31とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第3トランジスタM3のチャネル領域の不純物濃度は、P型エピタキシャル層31の不純物濃度と同一である。
In the third transistor M3 of FIG. 46, a
図46の第3トランジスタM3におけるP型エピタキシャル層31の不純物濃度は、例えば第6トランジスタM6のP型ウェル層41(図5A参照)の不純物濃度よりも低い。一例では、P型エピタキシャル層31の不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、P型エピタキシャル層31の不純物濃度は、第6トランジスタM6のP型ウェル層41の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration of the P-
図46の第1トランジスタM1では、N型ウェル層39の表層部にソース領域64及びドレイン領域65が形成されている。すなわち、N型ウェル層39には、チャネル領域が形成される。図46の第1トランジスタM1のチャネル領域は、N型ウェル層39のうちゲート絶縁膜42の下方であってソース領域64とドレイン領域65との間に配置されている。図46の第1トランジスタM1のチャネル領域は、N型ウェル層39とゲート絶縁膜42との界面を含む。なお、第1トランジスタM1のチャネル領域の不純物濃度は、N型ウェル層39の不純物濃度と同一である。
In the first transistor M1 of FIG. 46, a
図46の第1トランジスタM1におけるN型ウェル層39の不純物濃度は、例えば第8トランジスタM8のN型ウェル層63(図5C参照)の不純物濃度よりも低い。一例では、N型ウェル層39の不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/2以下である。好ましくは、N型ウェル層39の不純物濃度は、第8トランジスタM8のN型ウェル層63の不純物濃度の約1/10である。
The impurity concentration of the N-
〔トランジスタの製造方法〕
次に、図47A~図47Hを参照して、図46の第1トランジスタM1及び第3トランジスタM3の製造方法について説明する。なお、これらトランジスタの製造方法において、エピタキシャル層形成工程、アイソレーション形成工程、及び配線工程は第1実施形態と同様であるため、その説明を省略し、ウェル形成工程、ゲート形成工程、及びソース・ドレイン形成工程において第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
[Transistor manufacturing method]
Next, a method of manufacturing the first transistor M1 and the third transistor M3 of FIG. 46 will be described with reference to FIGS. 47A to 47H. In the method for manufacturing these transistors, the epitaxial layer forming step, the isolation forming step, and the wiring step are the same as those in the first embodiment, so the description thereof will be omitted, and the well forming step, the gate forming step, and the source. The part different from the first embodiment in the drain forming step will be mainly described.
図47Aに示すように、ウェル形成工程において、第1トランジスタM1に対応する素子形成領域34にN型ウェル層39が形成される一方、第3トランジスタM3に対応する素子形成領域34にN型ウェル層39が形成されない。具体的には、第3トランジスタM3に対応する素子形成領域34及び素子分離領域35を覆う一方、第1トランジスタM1に対応する素子形成領域34を開口するイオン注入マスク86が形成され、第1トランジスタM1に対応する素子形成領域34にN型不純物イオンが注入される。例えばN型不純物イオンとしてはリンイオンが用いられる。その後、イオン注入マスク86を除去する。
As shown in FIG. 47A, in the well forming step, the N-
次に、図47B及び図47Cに示すように、素子分離領域35のそれぞれには、第1実施形態(図6F参照)と同様にP型ドリフト層37の形成後、P型ウェル層36が形成される。そして図47Dに示すように、P型エピタキシャル層31の各素子形成領域34における表面には、例えば熱酸化法によって熱酸化膜75が形成される。次に、熱酸化膜75及びシリコン酸化膜33を被覆するようにポリシリコン膜76が形成される。そして図47Eに示すように、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングにより、第1トランジスタM1及び第3トランジスタM3に対応する素子形成領域34には、熱酸化膜75及びポリシリコン膜76の不要な部分が除去されて所定の形状にパターニングされたゲート絶縁膜42及びゲート電極43が形成される。そして、例えばCVD法によりP型エピタキシャル層31上に窒化膜(図示略)が形成された後、その窒化膜が選択的にエッチングされて各ゲート電極43の側面にサイドウォール44が形成される。
Next, as shown in FIGS. 47B and 47C, a P-
図47Fに示すように、第3トランジスタM3の素子形成領域34(P型エピタキシャル層31)に低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成され、第1トランジスタM1の素子形成領域34(N型ウェル層39)に低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1の素子形成領域34(N型ウェル層39)を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。なお、この変形例では、低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成された後、低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成されたが、低濃度ソース領域66及び低濃度ドレイン領域68が形成された後、低濃度ソース領域47及び低濃度ドレイン領域49が形成されてもよい。
As shown in FIG. 47F, a low-
図47Gに示すように、第3トランジスタM3の素子形成領域34(P型エピタキシャル層31)に高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成され、第1トランジスタM1の素子形成領域34(N型ウェル層39)に高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成される。具体的には、第3トランジスタM3の素子形成領域34におけるP型エピタキシャル層31を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第1トランジスタM1の素子形成領域34のN型ウェル層39及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてN型不純物イオンが注入される。例えば、N型不純物イオンとしては砒素イオンが用いられる。次に、上記イオン注入マスクを除去し、第1トランジスタM1の素子形成領域34を露出させる開口を有するイオン注入マスク(図示略)が、第3トランジスタM3の素子形成領域34及び素子分離領域35を被覆するように形成される。そしてこのイオン注入マスクの開口を通じてP型不純物イオンが注入される。例えば、P型不純物イオンとしてはボロンイオンが用いられる。なお、この変形例では、高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成された後、高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成されたが、高濃度ソース領域67及び高濃度ドレイン領域69が形成された後、高濃度ソース領域48及び高濃度ドレイン領域50が形成されてもよい。
As shown in FIG. 47G, the high-
図47Hに示すように、第3トランジスタM3の素子形成領域34(P型エピタキシャル層31)に形成された高濃度ソース領域48、高濃度ドレイン領域50、及びゲート電極43の表面にシリサイド層77が形成される。また第1トランジスタM1の素子形成領域34(N型ウェル層39)に形成された高濃度ソース領域67、高濃度ドレイン領域69、及びゲート電極43の表面にシリサイド層77が形成される。具体的には、P型エピタキシャル層31の方面に例えばPVD法によってコバルト膜(図示略)が形成された後、加熱処理が行われる。これにより、各素子形成領域34における高濃度ソース領域48、67、高濃度ドレイン領域50、69、及びゲート電極43のコバルト膜がシリサイド層77に変化する一方、各素子分離領域35におけるシリコン酸化膜33上のコバルト膜はコバルトのままとなる。そして、例えば薬液処理によって各シリコン酸化膜33上のコバルトが選択的に除去される。
As shown in FIG. 47H, the high-
・図46の変形例において、第3実施形態の各トランジスタM1~M4の構造と同様の構造に変更してもよい。すなわち、図46の第3トランジスタM3において、P型エピタキシャル層31に埋め込みチャネル層(図示略)が形成されてもよい。埋め込みチャネル層は、ソース領域45及びドレイン領域46と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層は、N型不純物がドープされたソース領域45及びドレイン領域46と同じN型の領域(層)である。第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層)は、P型エピタキシャル層31とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第3トランジスタM3のチャネル領域(埋め込みチャネル層)の不純物濃度は、P型エピタキシャル層31の不純物濃度よりも高い。また、第4トランジスタM4は、第3トランジスタM3と同様の構成である。
In the modified example of FIG. 46, the structure may be changed to the same structure as the structures of the transistors M1 to M4 of the third embodiment. That is, in the third transistor M3 of FIG. 46, an embedded channel layer (not shown) may be formed in the P-
また、図46の第1トランジスタM1において、N型ウェル層39に埋め込みチャネル層(図示略)が形成されてもよい。埋め込みチャネル層は、ソース領域64及びドレイン領域65と同じ導電型の領域(層)である。すなわち埋め込みチャネル層は、P型不純物がドープされたソース領域64及びドレイン領域65と同じP型の領域(層)である。第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層)は、N型ウェル層39とゲート絶縁膜42との界面を含まない。なお、第1トランジスタM1のチャネル領域(埋め込みチャネル層)の不純物濃度は、N型ウェル層39の不純物濃度よりも高い。また、第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同様の構成である。
Further, in the first transistor M1 of FIG. 46, an embedded channel layer (not shown) may be formed in the N-
・上記各実施形態において、オペアンプを構成する各トランジスタは、高濃度トランジスタであってもよい。すなわち、オペアンプにおいて1/fノイズに影響を受け易いトランジスタが高濃度トランジスタであってもよい。 -In each of the above embodiments, each transistor constituting the operational amplifier may be a high-concentration transistor. That is, the transistor that is easily affected by 1 / f noise in the operational amplifier may be a high-concentration transistor.
・上記各実施形態において、オペアンプを構成する各トランジスタは、低濃度トランジスタであってもよい。すなわち、オペアンプにおいて1/fノイズに影響を受け難いトランジスタが低濃度トランジスタであってもよい。 -In each of the above embodiments, each transistor constituting the operational amplifier may be a low-concentration transistor. That is, the transistor that is not easily affected by 1 / f noise in the operational amplifier may be a low-concentration transistor.
・上記各実施形態において、オペアンプを構成する各トランジスタは、表面チャネル型のMOSFETであってもよい。すなわち、オペアンプにおいて1/fノイズに影響を受け易いトランジスタが表面チャネル型のMOSFETであってもよい。 -In each of the above embodiments, each transistor constituting the operational amplifier may be a surface channel type MOSFET. That is, the transistor that is easily affected by 1 / f noise in the operational amplifier may be a surface channel type MOSFET.
・上記各実施形態において、オペアンプを構成する各トランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSFETであってもよい。すなわち、オペアンプにおいて1/fノイズに影響を受け難いトランジスタが埋め込みチャネル型のMOSFETであってもよい。 -In each of the above embodiments, each transistor constituting the operational amplifier may be an embedded channel type MOSFET. That is, the transistor that is not easily affected by 1 / f noise in the operational amplifier may be an embedded channel type MOSFET.
・第1制御部110A及び第2制御部110Bを構成する各トランジスタMA1,MA2は、MOSFETに代えて、バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、バイポーラトランジスタのベースは、「第1の制御用トランジスタの制御端子」及び「第2の制御用トランジスタの制御端子」に相当する。
The transistors MA1 and MA2 constituting the
・電流調整部120~120Fを構成する各トランジスタMB1~MB5は、MOSFETに代えて、バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、第1の分岐用トランジスタとしてのバイポーラトランジスタのベースは「第1の調整用トランジスタの制御端子」に相当する。第2の分岐用トランジスタとしてのバイポーラトランジスタのベースは「第2の調整用トランジスタの制御端子」に相当する。第2の供給用トランジスタとしてのバイポーラトランジスタのベースは「第2の供給用トランジスタの制御端子」に相当する。
The transistors MB1 to MB5 constituting the
・上記第7~14,16,17,19,20,22,23実施形態のオペアンプ又は第25,26実施形態の積分回路、すなわちバックゲートバイアス回路20を備えていないオペアンプ又は積分回路を構成する各トランジスタは、MOSFETに代えて、バイポーラトランジスタであってもよい。
The operational amplifier or the integrating circuit of the 7th to 14th, 16th, 17th, 19th, 20th, 22nd, and 23rd embodiments or the integrating circuit of the 25th and 26th embodiments, that is, the operational amplifier or the integrating circuit not provided with the
・上記第16,17,19,20,22,23実施形態のオペアンプ又は第25,26実施形態の積分回路において、バックゲートバイアス回路20を追加してもよい。この場合、第1の電源配線2と差動対との間に降圧回路100を追加することもできる。この構成によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。また、バックゲートバイアス回路20は、第6実施形態のバックゲートバイアス回路20のように、第3の電源配線4に接続することもできる。この構成によれば、第6実施形態と同様の効果が得られる。
A
・バックゲートバイアス回路20(20A,20B)は、オペアンプとは別の半導体基板で製造されてもよい。
・上記各実施形態において、差動対10,151,161,171,172,181を構成するトランジスタのチャネル長は、能動負荷(カレントミラー回路12,189及びカスコードカレントミラー回路91,163,176)を構成するトランジスタのチャネル長よりも短くてもよい。このようなチャネル長の関係により、素子面積が増大するものの、移動度の揺らぎを抑制できるため、出力信号Soutのノイズを一層低減できる。
The backgate bias circuit 20 (20A, 20B) may be manufactured on a semiconductor substrate different from the operational amplifier.
In each of the above embodiments, the channel lengths of the transistors constituting the differential pair 10,151,161,171,172,181 are set to active loads (current mirror circuits 12,189 and cascode current mirror circuits 91,163,176). It may be shorter than the channel length of the transistor constituting the above. Although the element area increases due to such a relationship of channel length, the fluctuation of mobility can be suppressed, so that the noise of the output signal Sout can be further reduced.
(付記)
次に、上記各実施形態及び上記各変形例から把握できる技術的思想について記載する。
(付記A1)
前記差動対は、第1の差動対及び第2の差動対を含み、前記差動回路は、前記第1の差動対への電流の供給と前記第2の差動対への電流の供給とを切り替える電流切替部をさらに含み、前記複数のトランジスタのうちの前記電流切替部を構成するトランジスタは前記低濃度トランジスタである、請求項24~26のいずれか一項に記載の差動回路。
(Additional note)
Next, the technical ideas that can be grasped from the above embodiments and the above modifications will be described.
(Appendix A1)
The differential pair includes a first differential pair and a second differential pair, and the differential circuit supplies current to the first differential pair and to the second differential pair. The difference according to any one of claims 24 to 26, further comprising a current switching unit for switching between current supply and the plurality of transistors, wherein the transistor constituting the current switching unit is the low concentration transistor. Dynamic circuit.
(付記A2)
前記電流切替部を構成する前記低濃度トランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記A1に記載の差動回路。
(Appendix A2)
The differential circuit according to Appendix A1, wherein the low-concentration transistor constituting the current switching unit is an enhancement type MOS transistor.
(付記A3)
前記電流切替部を構成するトランジスタと、前記第1の差動対を構成するトランジスタ及び前記第2の差動対を構成するトランジスタのいずれかとは、同一導電型の前記低濃度トランジスタである、付記A1又はA2に記載の差動回路。
(Appendix A3)
Note that any of the transistor constituting the current switching unit, the transistor constituting the first differential pair, and the transistor constituting the second differential pair is the low-concentration transistor of the same conductive type. The differential circuit according to A1 or A2.
(付記B1)
前記バックゲートバイアス回路は、複数のMOSトランジスタを含み、前記複数のMOSトランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであり、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである、請求項1~23のいずれか一項に記載の差動回路。
(Appendix B1)
The backgate bias circuit includes a plurality of MOS transistors, the plurality of MOS transistors are surface channel type MOS transistors, and the first MOS transistor and the second MOS transistor are embedded channel type MOS transistors. The differential circuit according to any one of
(付記B2)
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記B1に記載の差動回路。
(Appendix B2)
The differential circuit according to Appendix B1, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor are enhancement type MOS transistors.
(付記B3)
前記差動回路は、前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷を有し、前記複数のトランジスタのうちの前記能動負荷を構成するトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである、付記B1又はB2に記載の差動回路。
(Appendix B3)
The differential circuit has an active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor, and constitutes the active load among the plurality of transistors. The differential circuit according to Supplementary note B1 or B2, wherein the transistor is an embedded channel type MOS transistor.
(付記B4)
前記能動負荷を構成するトランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記B3に記載の差動回路。
(Appendix B4)
The differential circuit according to Appendix B3, wherein the transistor constituting the active load is an enhancement type MOS transistor.
(付記B5)
前記差動対は、第1の差動対及び第2の差動対を含み、前記差動回路は、前記第1の差動対への電流の供給と前記第2の差動対への電流の供給とを切り替える電流切替部をさらに含み、前記複数のトランジスタのうちの前記電流切替部を構成するトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである、付記B1~B4のいずれか1つに記載の差動回路。
(Appendix B5)
The differential pair includes a first differential pair and a second differential pair, and the differential circuit supplies current to the first differential pair and to the second differential pair. The transistor further including a current switching unit for switching the current supply and constituting the current switching unit among the plurality of transistors is described in any one of the appendices B1 to B4, which is an embedded channel type MOS transistor. Differential circuit.
(付記B6)
前記電流切替部を構成するトランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記B5に記載の差動回路。
(Appendix B6)
The differential circuit according to Appendix B5, wherein the transistor constituting the current switching unit is an enhancement type MOS transistor.
(付記C1)
前記バックゲートバイアス回路は、複数のMOSトランジスタを含み、前記複数のMOSトランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタであり、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタであり、前記埋め込みチャネル型のMOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記表面チャネル型のMOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも低い、請求項1~23のいずれか一項に記載の差動回路。
(Appendix C1)
The backgate bias circuit includes a plurality of MOS transistors, the plurality of MOS transistors are surface channel type MOS transistors, and the first MOS transistor and the second MOS transistor are embedded channel type MOS transistors. The differential circuit according to any one of
(付記C2)
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記C1に記載の差動回路。
(Appendix C2)
The differential circuit according to Appendix C1, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor are enhancement type MOS transistors.
(付記C3)
前記差動回路は、前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷を有し、前記複数のトランジスタのうちの前記能動負荷を構成するトランジスタは、前記埋め込みチャネル型のMOSFETである、付記C1又はC2に記載の差動回路。
(Appendix C3)
The differential circuit has an active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor, and constitutes the active load among the plurality of transistors. The transistor is the differential circuit according to Supplementary note C1 or C2, which is the embedded channel type MOSFET.
(付記C4)
前記能動負荷を構成するトランジスタは、エンハンスメント型のMOSFETである、付記C3に記載の差動回路。
(Appendix C4)
The differential circuit according to Appendix C3, wherein the transistor constituting the active load is an enhancement type MOSFET.
(付記C5)
前記差動対は、第1の差動対及び第2の差動対を含み、前記オペアンプは、前記第1の差動対への電流の供給と前記第2の差動対への電流の供給とを切り替える電流切替部をさらに含み、前記複数のトランジスタのうちの前記電流切替部を構成するトランジスタは、前記埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである、付記C1~C4のいずれか1つに記載の差動回路。
(Appendix C5)
The differential pair includes a first differential pair and a second differential pair, and the operational amplifier has a current supply to the first differential pair and a current to the second differential pair. The transistor further including a current switching unit for switching between supply and the plurality of transistors constituting the current switching unit is described in any one of the appendices C1 to C4, which is an embedded channel type MOS transistor. Differential circuit.
(付記C6)
前記電流切替部を構成するトランジスタは、エンハンスメント型のMOSトランジスタである、付記C5に記載の差動回路。
(Appendix C6)
The differential circuit according to Appendix C5, wherein the transistor constituting the current switching unit is an enhancement type MOS transistor.
(付記C7)
前記電流切替部を構成するトランジスタと、前記第1の差動対を構成するトランジスタ及び前記第2の差動対を構成するトランジスタのいずれかとは、同一導電型の前記埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである、付記C5又はC6に記載の差動回路。
(Appendix C7)
The transistor constituting the current switching unit, the transistor constituting the first differential pair, and the transistor constituting the second differential pair are the same conductive type embedded channel type MOS transistors. A differential circuit according to Supplementary note C5 or C6.
(付記C8)
前記埋め込みチャネル型のMOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記表面チャネル型のMOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度の約1/2である、付記C1~C7のいずれか1つに記載の差動回路。
(Appendix C8)
The differential according to any one of Supplementary note C1 to C7, wherein the impurity concentration in the channel region of the embedded channel type MOS transistor is about ½ of the impurity concentration in the channel region of the surface channel type MOS transistor. circuit.
1,1A~1W オペアンプ(差動回路)
2 第1の電源配線
3 第2の電源配線
4 第3の電源配線
10,151,161,181 差動対
12 カレントミラー回路(能動負荷)
20,20A,20B バックゲートバイアス回路
91,163,176 カスコードカレントミラー回路
92,164,177 バイアス回路
100 降圧回路(電圧変換回路)
103 昇圧回路(電圧変換回路)
110A 第1制御部
110B 第2制御部
111 第1の定電流源
112 第2の定電流源
120,120A~120F 電流調整部
121 電流供給部
125 調整電流源(電流源)
131 第1制御部
132 第2制御部
171 第1の差動対(差動対)
172 第2の差動対(差動対)
180 積分回路(差動回路)
M1,MD1,ME1 第1トランジスタ(第1MOSトランジスタ)
M2,MD2,ME2 第2トランジスタ(第2MOSトランジスタ)
M3 第3トランジスタ(第3MOSトランジスタ)
M4 第4トランジスタ(第4MOSトランジスタ)
M5~M9 バックゲートバイアス回路の複数のMOSトランジスタ
M10,MF10 第10トランジスタ(第5MOSトランジスタ)
M11,MF11 第11トランジスタ(第6MOSトランジスタ)
M12,MF12 第12トランジスタ(第7MOSトランジスタ)
M13,MF13 第13トランジスタ(第8MOSトランジスタ)
MD4 第4トランジスタ(第3MOSトランジスタ)
MD5 第5トランジスタ(第4MOSトランジスタ)
ME4 第4トランジスタ(第5MOSトランジスタ)
ME5 第5トランジスタ(第6MOSトランジスタ)
ME6 第6トランジスタ(第7MOSトランジスタ)
ME7 第7トランジスタ(第8MOSトランジスタ)
MF4 第4トランジスタ(第1MOSトランジスタ)
MF5 第5トランジスタ(第2MOSトランジスタ)
MF7 第7トランジスタ(第1MOSトランジスタ)
MF8 第8トランジスタ(第2MOSトランジスタ)
MA1 第1の制御用トランジスタ
MA2 第2の制御用トランジスタ
MB1 第1の供給用トランジスタ
MB2 第2の供給用トランジスタ
MB3 第3の供給用トランジスタ
MB4 第1の分岐用トランジスタ(第1の調整用トランジスタ)
MB5 第2の分岐用トランジスタ(第2の調整用トランジスタ)
R1 第1抵抗(第1抵抗部)
R2 第2抵抗(第2抵抗部)
R3 第3抵抗(第3抵抗部)
VB バイアス電圧
VDD,VDD1 第1の電源電圧
VSS,VSS1 第2の電源電圧
VDD2 第3の電源電圧
1,1A to 1W operational amplifier (differential circuit)
2 First
20, 20A, 20B Backgate bias circuit 91,163,176 Cascode current mirror circuit 92,164,177
103 Booster circuit (voltage conversion circuit)
110A
131
172 Second differential pair (differential pair)
180 Integrator circuit (differential circuit)
M1, MD1, ME1 1st transistor (1st MOS transistor)
M2, MD2, ME2 2nd transistor (2nd MOS transistor)
M3 3rd transistor (3rd MOS transistor)
M4 4th transistor (4th MOS transistor)
M5 to M9 Multiple MOS Transistors in Backgate Bias Circuit M10, MF10 10th Transistor (5th MOS Transistor)
M11, MF11 11th transistor (6th MOS transistor)
M12, MF12 12th transistor (7th MOS transistor)
M13, MF13 13th transistor (8th MOS transistor)
MD4 4th transistor (3rd MOS transistor)
MD5 5th transistor (4th MOS transistor)
ME4 4th transistor (5th MOS transistor)
ME5 5th transistor (6th MOS transistor)
ME6 6th transistor (7th MOS transistor)
ME7 7th transistor (8th MOS transistor)
MF4 4th transistor (1st MOS transistor)
MF5 5th transistor (2nd MOS transistor)
MF7 7th transistor (1st MOS transistor)
MF8 8th transistor (2nd MOS transistor)
MA1 1st control transistor MA2 2nd control transistor MB1 1st supply transistor MB2 2nd supply transistor MB3 3rd supply transistor MB4 1st branch transistor (1st adjustment transistor)
MB5 Second branch transistor (second adjustment transistor)
R1 1st resistance (1st resistance part)
R2 2nd resistance (2nd resistance part)
R3 3rd resistance (3rd resistance part)
VB bias voltage VDD, VDD1 first power supply voltage VSS, VSS1 second power supply voltage VDD2 third power supply voltage
Claims (42)
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷と、
前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、
前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部と、
前記第3MOSトランジスタのソースと前記第1抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第3MOSトランジスタのソース電位を制御する第1制御部と、
前記第4MOSトランジスタのソースと前記第2抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第4MOSトランジスタのソース電位を制御する第2制御部と
を備える
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor.
A first resistance portion provided between the third MOS transistor and the second power supply wiring,
A second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring, and
A first control unit that controls the source potential of the third MOS transistor by supplying a current between the source of the third MOS transistor and the first resistance unit.
A second control unit that controls the source potential of the fourth MOS transistor by supplying a current between the source of the fourth MOS transistor and the second resistance unit.
A differential circuit with .
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と
を備え、
前記バックゲートバイアス回路は、複数のMOSトランジスタを含み、
前記複数のMOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタであり、
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が前記第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタである
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
Equipped with
The backgate bias circuit includes a plurality of MOS transistors and includes a plurality of MOS transistors.
The plurality of MOS transistors are high-concentration transistors in which the impurity concentration in the channel region is the first concentration.
The first MOS transistor and the second MOS transistor are low-concentration transistors having a second concentration in which the impurity concentration in the channel region is lower than the first concentration.
Differential circuit.
前記カスコードカレントミラー回路は、第5MOSトランジスタ、第6MOSトランジスタ、第7MOSトランジスタ、及び第8MOSトランジスタを含み、
前記第5MOSトランジスタのドレインは前記第1MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第5MOSトランジスタのソースは前記第2の電源配線に接続され、
前記第6MOSトランジスタのドレインは前記第2MOSトランジスタのドレインに接続され、前記第6MOSトランジスタのソースは前記第2の電源配線に接続され、
前記第7MOSトランジスタのソースは、前記第5MOSトランジスタのドレインに接続され、
前記第8MOSトランジスタのソースは、前記第6MOSトランジスタのドレインに接続され、
前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタのゲートは、共通して接続され、所定のバイアス電圧が印加され、
前記第5MOSトランジスタ及び前記第6MOSトランジスタは、前記低濃度トランジスタであり、
前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタは、前記高濃度トランジスタである
請求項2に記載の差動回路。 The differential circuit includes a cascode current mirror circuit as an active load.
The cascode current mirror circuit includes a fifth MOS transistor, a sixth MOS transistor, a seventh MOS transistor, and an eighth MOS transistor.
The drain of the 5th MOS transistor is connected to the drain of the 1st MOS transistor, and the source of the 5th MOS transistor is connected to the 2nd power supply wiring.
The drain of the 6th MOS transistor is connected to the drain of the 2nd MOS transistor, and the source of the 6th MOS transistor is connected to the 2nd power supply wiring.
The source of the 7th MOS transistor is connected to the drain of the 5th MOS transistor.
The source of the 8th MOS transistor is connected to the drain of the 6th MOS transistor.
The gates of the 7th MOS transistor and the 8th MOS transistor are commonly connected, and a predetermined bias voltage is applied.
The fifth MOS transistor and the sixth MOS transistor are the low concentration transistors.
The differential circuit according to claim 2 , wherein the 7th MOS transistor and the 8th MOS transistor are high-concentration transistors.
請求項1~3のいずれか一項に記載の差動回路。 The first power supply voltage provided between the first power supply wiring and the differential pair is set to a voltage closer to the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor than the first power supply voltage. The differential circuit according to any one of claims 1 to 3, which includes a voltage conversion circuit to be converted.
前記第1の電源電圧は、前記第3の電源電圧よりも前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位寄りの電圧である
請求項1~4のいずれか一項に記載の差動回路。 The backgate bias circuit generates the bias voltage by a third power supply voltage different from the first power supply voltage.
The differential circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the first power supply voltage is a voltage closer to the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor than the third power supply voltage.
請求項1~5のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential according to any one of claims 1 to 5 , wherein the bias voltage is a voltage excluding the voltage within a predetermined range including the first power supply voltage, which is the same as the first power supply voltage. circuit.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、
前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧よりも高い
請求項6に記載の差動回路。 The first power supply voltage is higher than the second power supply voltage.
The first MOS transistor and the second MOS transistor are P-channel MOS transistors, and the first MOS transistor and the second MOS transistor are P-channel MOS transistors.
The differential circuit according to claim 6 , wherein the bias voltage is higher than the first power supply voltage.
請求項7に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 7 , wherein the bias voltage is lower than the voltage at which the parasitic diodes of the first MOS transistor and the second MOS transistor are turned on.
請求項6~8のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 6 to 8 , wherein the bias voltage is a voltage within ± 20% of the first power supply voltage.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり、
前記バイアス電圧は、前記第1の電源電圧よりも低い
請求項1~6のいずれか一項に記載の差動回路。 The second power supply voltage is higher than the first power supply voltage.
The first MOS transistor and the second MOS transistor are N-channel MOS transistors, and the first MOS transistor and the second MOS transistor are N-channel MOS transistors.
The differential circuit according to any one of claims 1 to 6 , wherein the bias voltage is lower than the first power supply voltage.
請求項2、又は請求項2を引用する請求項3~10のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 2, wherein the second concentration is about ½ or less of the first concentration, or any one of claims 3 to 10 quoting claim 2 .
請求項11に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 11 , wherein the second concentration is about 1/10 of the first concentration.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、 A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷と、 An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor.
前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、 A first resistance portion provided between the third MOS transistor and the second power supply wiring,
前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部と、 A second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring, and
前記第3MOSトランジスタのソースと前記第1抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第3MOSトランジスタのソース電位を制御する第1制御部と、 A first control unit that controls the source potential of the third MOS transistor by supplying a current between the source of the third MOS transistor and the first resistance unit.
前記第4MOSトランジスタのソースと前記第2抵抗部との間に電流を供給することにより、前記第4MOSトランジスタのソース電位を制御する第2制御部と A second control unit that controls the source potential of the fourth MOS transistor by supplying a current between the source of the fourth MOS transistor and the second resistance unit.
を備え、 Equipped with
前記バックゲートバイアス回路は、複数のMOSトランジスタを含み、 The backgate bias circuit includes a plurality of MOS transistors and includes a plurality of MOS transistors.
前記複数のMOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が第1濃度である高濃度トランジスタであり、 The plurality of MOS transistors are high-concentration transistors in which the impurity concentration in the channel region is the first concentration.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタは、チャネル領域の不純物濃度が前記第1濃度よりも低い第2濃度である低濃度トランジスタである The first MOS transistor and the second MOS transistor are low-concentration transistors having a second concentration in which the impurity concentration in the channel region is lower than the first concentration.
差動回路。 Differential circuit.
前記第2制御部は、前記第4MOSトランジスタのソースと前記第2抵抗部との間に接続される第2の制御用トランジスタを含み、
前記第1の制御用トランジスタ及び前記第2の制御用トランジスタの制御端子の電圧は、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタのゲート電圧によって制御されている
請求項1又は13に記載の差動回路。 The first control unit includes a first control transistor connected between the source of the third MOS transistor and the first resistance unit.
The second control unit includes a second control transistor connected between the source of the fourth MOS transistor and the second resistance unit.
The differential circuit according to claim 1 or 13 , wherein the voltage of the control terminal of the first control transistor and the second control transistor is controlled by the gate voltage of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. ..
前記第2制御部は、前記第1の電源配線及び前記第2の制御用トランジスタに接続された第2電流源をさらに含む
請求項14に記載の差動回路。 The first control unit further includes a first power supply wiring and a first current source connected to the first control transistor.
The differential circuit according to claim 14 , wherein the second control unit further includes a second power supply wiring and a second current source connected to the second control transistor.
請求項1又は13に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 1 or 13, further comprising a current adjusting unit for increasing the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor to be larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、
前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタと
を有する
請求項16に記載の差動回路。 The current adjusting unit is
A first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor,
The differential circuit according to claim 16 , further comprising a second adjusting transistor connected in parallel with the fourth MOS transistor and having a control terminal connected to the control terminal of the first adjusting transistor.
請求項17に記載の差動回路。 The current adjusting unit supplies a current for adjusting the amount of current, which is the sum of the amount of current flowing through the first adjusting transistor and the amount of current flowing through the second adjusting transistor, to the differential pair. The differential circuit according to claim 17 , which has a part.
前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、
前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、
前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給する
請求項18に記載の差動回路。 The current supply unit includes a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring, and the first power supply wiring. It includes a third supply transistor provided between the differential pair and a third resistance portion provided between the second supply transistor and the second power supply wiring.
The first supply transistor is provided between the second supply transistor and the first power supply wiring.
The control terminal of the second supply transistor is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor.
The differential circuit according to claim 18 , wherein the third supply transistor constitutes a current mirror circuit with the first supply transistor, and supplies the adjustment current to the differential pair.
請求項17~19のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 17 to 19 , wherein the first adjusting transistor and the second adjusting transistor flow a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部と
を備える
請求項2に記載の差動回路。 An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor and having a gate connected to the gate of the third MOS transistor.
The differential circuit according to claim 2, further comprising a current adjusting unit for increasing the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor to be larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、
前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタと
を有する
請求項21に記載の差動回路。 The current adjusting unit is
A first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor,
21. The differential circuit of claim 21 , wherein the differential circuit is connected in parallel with the fourth MOS transistor and has a second adjusting transistor whose control terminal is connected to the control terminal of the first adjusting transistor.
請求項22に記載の差動回路。 The current adjusting unit supplies a current for adjusting the amount of current, which is the sum of the amount of current flowing through the first adjusting transistor and the amount of current flowing through the second adjusting transistor, to the differential pair. 22. The differential circuit according to claim 22 having a unit.
前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、
前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、
前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給する
請求項23に記載の差動回路。 The current supply unit includes a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring, and the first power supply wiring. Including a third supply transistor provided between the differential pair and
The first supply transistor is provided between the second supply transistor and the first power supply wiring.
The control terminal of the second supply transistor is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor.
The differential circuit according to claim 23 , wherein the third supply transistor constitutes a current mirror circuit with the first supply transistor, and supplies the adjustment current to the differential pair.
請求項23又は24に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 23 or 24 , wherein the first adjusting transistor and the second adjusting transistor flow a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor.
請求項23~25のいずれか一項に記載の差動回路。 The current supply unit biases the first adjusting transistor and the second adjusting transistor by a current source so that a current equal to or less than the current flowing through the third MOS transistor flows. The differential circuit according to one item.
前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、
前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部と
を備え、
前記能動負荷の前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、前記低濃度トランジスタである
請求項2、11、及び12のいずれか一項に記載の差動回路。 An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor.
A first resistance portion provided between the third MOS transistor and the second power supply wiring,
A second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring
Equipped with
The differential circuit according to any one of claims 2, 11, and 12 , wherein the third MOS transistor and the fourth MOS transistor of the active load are the low concentration transistors.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部と
を備え、
前記能動負荷の前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、前記低濃度トランジスタである
請求項2、11、及び12のいずれか一項に記載の差動回路。 An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor and having a gate connected to the gate of the third MOS transistor.
With a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
Equipped with
The differential circuit according to any one of claims 2, 11, and 12 , wherein the third MOS transistor and the fourth MOS transistor of the active load are the low concentration transistors.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷と、
前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、
前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部と
を備え、
前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor.
A first resistance portion provided between the third MOS transistor and the second power supply wiring,
A second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring
Equipped with
The third MOS transistor and the fourth MOS transistor are embedded channel type MOS transistors.
Differential circuit.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタと、前記第2MOSトランジスタに接続され、ゲートが前記第3MOSトランジスタのゲートに接続された第4MOSトランジスタとを含む能動負荷と、
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部と
を備え、
前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタは、埋め込みチャネル型のMOSトランジスタである
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor and having a gate connected to the gate of the third MOS transistor.
With a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
Equipped with
The third MOS transistor and the fourth MOS transistor are embedded channel type MOS transistors.
Differential circuit.
請求項27又は28に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 27 or 28 , wherein the third MOS transistor and the fourth MOS transistor are embedded channel type MOS transistors.
前記第7MOSトランジスタ及び前記第8MOSトランジスタは、表面チャネル型のMOSトランジスタである
請求項3、又は請求項3を引用する請求項4~10のいずれか一項に記載の差動回路。 The fifth MOS transistor and the sixth MOS transistor are embedded channel type MOS transistors.
The differential circuit according to any one of claims 3 or 4 to 10, wherein the 7th MOS transistor and the 8th MOS transistor are surface channel type MOS transistors.
請求項2、11~13、27、28、31、及び32のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 2, 11 to 13, 27, 28 , 31 , and 32 , wherein the plurality of MOS transistors are surface channel type MOS transistors.
請求項2、11~13、及び27~33のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 2, 11 to 13, and 27 to 33 , wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor are embedded channel type MOS transistors.
請求項14又は15に記載の差動回路。 The difference according to claim 14 or 15 , wherein the impurity concentration in the channel region of the first control transistor and the second control transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor. Dynamic circuit.
請求項14、15、及び35のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 14 , 15 , and 35 , wherein the first control transistor and the second control transistor are surface channel type MOS transistors.
請求項17~20のいずれか一項に記載の差動回路。 Any one of claims 17 to 20 , wherein the impurity concentration in the channel region of the first adjusting transistor and the second adjusting transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor. The differential circuit described in the section.
請求項17~20及び37のいずれか一項に記載の差動回路。 The differential circuit according to any one of claims 17 to 20 and 37 , wherein the first adjusting transistor and the second adjusting transistor are surface channel type MOS transistors.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタ、及び前記第2MOSトランジスタに接続される第4MOSトランジスタを含む能動負荷と、
前記第3MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第1抵抗部と、
前記第4MOSトランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第2抵抗部と、
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部と
を備え、
前記電流調整部は、
前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、
前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタと、
前記第1の調整用トランジスタに流れる電流量と前記第2の調整用トランジスタに流れる電流量とを合計した電流量の調整用の電流を前記差動対に供給する電流供給部と
を有し、
前記電流供給部は、前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に直列に接続された第1の供給用トランジスタ及び第2の供給用トランジスタと、前記第1の電源配線と前記差動対との間に設けられた第3の供給用トランジスタと、前記第2の供給用トランジスタと前記第2の電源配線との間に設けられた第3抵抗部とを含み、
前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、
前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、
前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給し、
前記第1の供給用トランジスタ、前記第2の供給用トランジスタ、及び前記第3の供給用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも高い
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor.
A first resistance portion provided between the third MOS transistor and the second power supply wiring,
A second resistance portion provided between the fourth MOS transistor and the second power supply wiring, and
With a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
Equipped with
The current adjusting unit is
The first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor,
A second adjusting transistor connected in parallel with the fourth MOS transistor and having a control terminal connected to the control terminal of the first adjusting transistor.
With the current supply unit that supplies the adjusting current of the total amount of the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor to the differential pair.
Have,
The current supply unit includes a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring, and the first power supply wiring. It includes a third supply transistor provided between the differential pair and a third resistance portion provided between the second supply transistor and the second power supply wiring.
The first supply transistor is provided between the second supply transistor and the first power supply wiring.
The control terminal of the second supply transistor is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor.
The third supply transistor constitutes a current mirror circuit with the first supply transistor, and supplies the adjustment current to the differential pair.
The impurity concentration in the channel region of the first supply transistor, the second supply transistor, and the third supply transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
Differential circuit.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのバックゲートに対して、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタのソース電位よりも前記第1の電源電圧寄りのバイアス電圧を印加するバックゲートバイアス回路と、
前記第1MOSトランジスタに接続される第3MOSトランジスタと、前記第2MOSトランジスタに接続され、ゲートが前記第3MOSトランジスタのゲートに接続された第4MOSトランジスタとを含む能動負荷と、
前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタに流れる電流を、前記第3MOSトランジスタ及び前記第4MOSトランジスタに流れる電流よりも大きくする電流調整部と
を備え、
前記電流調整部は、
前記第3MOSトランジスタと並列に接続された第1の調整用トランジスタと、
前記第4MOSトランジスタと並列に接続され、制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子に接続された第2の調整用トランジスタと、
前記第1の調整用トランジスタに流れる電流量と前記第2の調整用トランジスタに流れる電流量とを合計した電流量の調整用の電流を前記差動対に供給する電流供給部と
を有し、
前記電流供給部は、前記第1の電源配線と前記第2の電源配線との間に直列に接続された第1の供給用トランジスタ及び第2の供給用トランジスタと、前記第1の電源配線と前記差動対との間に設けられた第3の供給用トランジスタとを含み、
前記第1の供給用トランジスタは、前記第2の供給用トランジスタと前記第1の電源配線との間に設けられ、
前記第2の供給用トランジスタは、その制御端子が前記第1の調整用トランジスタの制御端子及び前記第2の調整用トランジスタの制御端子に接続され、
前記第3の供給用トランジスタは、前記第1の供給用トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記差動対に前記調整用の電流を供給し、
前記第1の供給用トランジスタ、前記第2の供給用トランジスタ、及び前記第3の供給用トランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度は、前記第1MOSトランジスタ及び前記第2MOSトランジスタにおけるチャネル領域の不純物濃度よりも高い
差動回路。 A first MOS transistor and a first MOS transistor provided between a first power supply wiring to which a first power supply voltage is applied and a second power supply wiring to which a second power supply voltage different from the first power supply voltage is applied. With a differential pair containing a 2MOS transistor,
A backgate bias circuit that applies a bias voltage closer to the first power supply voltage than the source potential of the first MOS transistor and the second MOS transistor to the backgate of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
An active load including a third MOS transistor connected to the first MOS transistor and a fourth MOS transistor connected to the second MOS transistor and having a gate connected to the gate of the third MOS transistor.
With a current adjusting unit that makes the current flowing through the first MOS transistor and the second MOS transistor larger than the current flowing through the third MOS transistor and the fourth MOS transistor.
Equipped with
The current adjusting unit is
A first adjusting transistor connected in parallel with the third MOS transistor,
A second adjusting transistor connected in parallel with the fourth MOS transistor and having a control terminal connected to the control terminal of the first adjusting transistor.
With the current supply unit that supplies the adjusting current of the total amount of the current flowing through the first adjusting transistor and the current flowing through the second adjusting transistor to the differential pair.
Have,
The current supply unit includes a first supply transistor and a second supply transistor connected in series between the first power supply wiring and the second power supply wiring, and the first power supply wiring. Including a third supply transistor provided between the differential pair and
The first supply transistor is provided between the second supply transistor and the first power supply wiring.
The control terminal of the second supply transistor is connected to the control terminal of the first adjustment transistor and the control terminal of the second adjustment transistor.
The third supply transistor constitutes a current mirror circuit with the first supply transistor, and supplies the adjustment current to the differential pair.
The impurity concentration in the channel region of the first supply transistor, the second supply transistor, and the third supply transistor is higher than the impurity concentration in the channel region of the first MOS transistor and the second MOS transistor.
Differential circuit.
請求項39又は40に記載の差動回路。 The differential circuit according to claim 39 or 40 , wherein the first supply transistor, the second supply transistor, and the third supply transistor are surface channel type MOS transistors.
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