JPH0292008A - Cmos演算増幅回路 - Google Patents

Cmos演算増幅回路

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JPH0292008A
JPH0292008A JP24345488A JP24345488A JPH0292008A JP H0292008 A JPH0292008 A JP H0292008A JP 24345488 A JP24345488 A JP 24345488A JP 24345488 A JP24345488 A JP 24345488A JP H0292008 A JPH0292008 A JP H0292008A
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JP
Japan
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differential
output
source
transistor
cmos
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JP24345488A
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Daijiro Inami
井波 大二郎
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/4521Complementary long tailed pairs having parallel inputs and being supplied in parallel
    • HELECTRICITY
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    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
    • H03F3/3022CMOS common source output SEPP amplifiers
    • H03F3/3028CMOS common source output SEPP amplifiers with symmetrical driving of the end stage
    • H03F3/303CMOS common source output SEPP amplifiers with symmetrical driving of the end stage using opamps as driving stages
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    • H03F2203/45664Indexing scheme relating to differential amplifiers the LC comprising one or more cascaded inverter stages as output stage at one output of the dif amp circuit
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、各種の電子装置内で差動増幅回路などして利
用されるCMOS演算増幅回路に関するものである。
(従来の技術) 各種の電子装置の構成要素として汎用されている演算増
幅回路は、正負二つの入力端子を備えていることから正
相及び逆相増幅回路を構成できると共に、正負双方の入
力端子に2種の信号を同時に供給することにより両信号
の差を増幅する差動増幅回路として動作させることがで
きる。差動増幅出力は両人力の差電圧のみに依存して変
化するので、両人力に生じた同相成分の電圧変動が増幅
出力には影響を及ぼさないという同相成分除去機能があ
る。このため、差動増幅回路は対地雑音の影響を受けに
り<、集積回路化に伴う素子特性の均一化も加えると良
好な直流安定性や温度特性が実現できるという利点があ
る。
この集積回路化は、消費型−力の低減を図るためにCM
OS構成による場合が多い。このようなCMOS演算増
幅回路は、差動MO3)ランジスタ対をnチャンネル形
のものとするか、pチャンネル形のものとするかによっ
て、それぞれ第3図と第4図に示すような構成となる。
第3図の差動増幅回路は、nチャンネル形の差動MO3
)ランジスタ対MN2.MN3と、この差動MO3)ラ
ンジスタ対に動作電流を供給するnチャンネル形の電流
源トランジスタMNIと、上記差動MO3I−ランジス
タ対MN2.MN3の負荷として動作するpチャンネル
形のMOS)ランジスタ対MP1.MP2とから構成さ
れる。−方、第4図の差動増幅回路は、pチャンネル形
の差動MO3)ランジスタ対MP5.MP6と、この差
動MO3)ランジスタ対への電流源として動作するpチ
ャンネル形MO3)ランジスタMP4と、上記差動MO
Sトランジスタ対の負荷として動作するnチャンネル形
MOSトランジスタ対MN4.MN5とから構成される
第3図と第4図のCMOS差動増幅回路において、電流
源トランジスタMN1.MP4は、それぞれのゲートに
供給される基準電圧源Vm 1.Vm2の電圧値に応じ
たほぼ一定の電流を対応の差動対に供給する。信号入力
端子に供給される差動入力電圧V+1とV+2との差に
応じた差動増幅出力は、負荷として動作するpチャンネ
ル形MOSトランジスタMP2.MN5のそれぞれのド
レインに接続される出力端子■0から出力される。
このように差動増幅出力■0は、基本的には差動入力V
+  1とV+  2との差電圧のみに依存して変化す
る。このため、差動入力に生じた同相成分の電圧変動が
差動増幅出力には影響を及ぼさないという同相成分除去
機能があり、直流安定性が良好という利点がある。
(発明が解決しようとする課題) 第3図と第4図に示した従来のCMOS演算増幅器では
、同相電圧の入力範囲が十分とはいえないという問題が
ある。
すなわち、第3図の回路では、差動入力V+1とV+ 
 2が共に低下するとMO3I−ランジスタ対MN2.
MN3のソース電圧が低下し、差動入力v、1とV、2
がnチャンネル形MO3)ランジスタの閾値V thn
よりも低下すると、電流源のMOS)ランジスタMNI
がカットオフとなり、差動増幅器としての機能が失われ
る。同様に、第4図の回路では、差動入力V+1と■I
 2が共に上昇すると電流源のMOSトランジスタMP
4がカットオフとなり、差動増幅器としての機能が失わ
れる。
従って、同相入力電圧■。は、第3図の回路では、 1Vthnl  +V33< VCM<  VDDの範
囲に制限される。
また、第4図の回路では、pチャンネル形MOSトラン
ジスタの闇値電圧をv thpとすれば、V3!< V
CM< VDD   IVthpの範囲に制限される。
(課題を解決するための手段) 本発明のCMOS演算増幅回路は、nチャンネル形のM
OSトランジスタを差動対とする第1のCMOS差動増
幅部と、pチャンネル形MO3I−ランジスタを差動対
とし第1のCMOS差動増幅部の差動入力端子と共通の
差動入力端子を有する第2のCMOS差動増幅部と、こ
れら第1.第2のCMOS差動増幅部の出力をプッシュ
プル形式でかつソース接地増幅形式で合成しつつ増幅す
る出力増幅部とを備え、第1.第2の差動増幅部を相補
的に動作させると共に両部の出力をプッシュプル形式の
ソース接地増幅出力として得ることにより、同相入力電
圧範囲を拡大するように構成されている。
以下、本発明の作用を実施例と共に詳細に説明する。
(実施例) 第1図は、本発明の一実施例のCMOS演算増幅回路の
構成を示す回路図であり、1は第1の差動増幅部、2は
第2の差動増幅部、3は出力増幅部である。
第1の差動増幅部は、差動対として動作するnチャンネ
ル形のMOS)ランジスタMn2.Mn3と、この差動
対に電流を供給するnチャンネル形の電流源トランジス
タMnlと、差動対の負荷として動作するpチャンネル
形のMOS)ランジスタMpl、Mp2とで構成されて
いる。
第1の差動増幅部1において、電流源トランジスタMn
lのソースは電圧源VSSに接続され、ゲートは基準電
圧源Via1に接続され、ドレインは差動対Mn2.M
n3のドレインに接続されている。差動対Mn 2. 
Mn 3のゲートは、それぞれ差動入力端子V+  1
.V+  2に接続されている。
一方の負荷トランジスタMplのドレインとゲートは一
方の差動トランジスタMn2のドレインに接続され、ソ
ースは電圧源■。に接続されている。
他方の負荷トランジスタMp2のドレインは他方の差動
トランジスタMn3のドレインに接続され、ゲートは一
方の負荷トランジスタMplのゲートに接続され、ソー
スは電圧源VDDに接続されている。
第2の差動増幅部は、差動対として動作するpチャンネ
ル形のMOSトランジスタMp5.Mp6と、この差動
対に電流を供給する電流源トランジスタとして動作する
pチャンネル形のMOSトランジスタMp4と、差動対
の負荷として動作するnチャンネル形のMO3I−ラン
グ・スタMn 4゜Mn5とで構成されている。
第2の差動増幅部1において、電流源トランジスタMp
4のソースは電圧源VOOに接続され、ゲートは基準電
圧源Vm 2に接続され、ドレインは差動対Mp5.M
p6のソースに接続されている。
差動対Mp5.Mp6のゲートは、それぞれ第1の差動
増幅部lと共通の差動入力端子V+  1.’V+2に
接続されている。一方の負荷トランジスタMn4のドレ
インとゲートは一方の差動トランジスタMp5のドレイ
ンに接続され、ソースは電圧源V3Sに接続されている
。他方の負荷トランジスタMn5のドレインは他方の差
動トランジスタMp6のドレインに接続され、ゲートは
一方の負荷トランジスタMn4のゲートに接続され、ソ
ースは電圧源VSSに接続されている。
出力増幅部3において、pチャンネル形のMOSトラン
ジスタMp3のゲートは、第1の差動増幅部1の負荷ト
ランジスタMp2のドレインに接続され、ソースは電圧
源v0に接続され、ドレインは出力端子v0に接続され
ている。一方、nチャンネル形のMOSトランジスタM
n6のゲートは、第2の差動増幅部2の負荷トランジス
タM n5のドレインに接続され、ソースは電圧源VS
Sに接続され、ドレインは出力端子■。に接続されてい
る。この出力増幅部3は、第1.第2のCMOS差動増
幅部1.2の出力をプッシュプル形式でかつソース接地
増幅形式で合成しつつ増幅し、出力端子v0に出力する
第1の差動増幅部1の動作は、第3図に関し既に説明し
た従来のnチャンネル形のMOSトランジスタを差動対
とするCMOS差動増幅回路の動作と同様である。この
ため、同相入力電圧vcM1は、第2図に示すように、 Vss+1Vthnl< VCMI < V(illの
範囲に制限される。
また、第20差動増幅部2の動作は、第4図に関し既に
説明した従来のpチャンネル形のMOSトランジスタを
差動対とするCMOS差動増幅回路の動作と同様であり
、その同相入力電圧■cイ2は、第2図に示すように、 VSS< VCM2 < VDEI  1vthplの
範囲に制限される。
従って、第1図の差動増幅回路全体の同相入力電圧VC
Mの動作許容範囲は、 VSS< VCM< van となり、第1.第2の差動増幅部単体の許容範囲よ伏も
上下に拡大される。
すなわち、 Vss+LV thnl< VCM< V(10lv 
thplの同相入力電圧の範囲では第1.第2の差動増
幅部1.2が共に正常動作し、 vllo−1vthpl< VcM< Vo。
の範囲では第2の差動増幅部2がカットオフとなるが、
第1の差動増幅部1の出力がMO3I−ランジスタMp
3を通して出力端子Voに出力される。この場合、nチ
ャンネル形のMOS)ランジスタMn6は定電流負荷と
して動作する。また、Vss<VCM<Vss+1Vt
hnlの同相入力電圧の範囲では第1の差動増幅部1が
カットオフとなるが、第2の差動増幅部2の出力がMO
SトランジスタMn6を通して出力端子■0に出力され
る。この場合、pチャンネル形のMOS)ランジスタM
p3は定電流負荷として動作する。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明のCMOS演算増幅
回路は、nチャンネル形のMOS)ランジスタとpチャ
ンネル形のMOSトランジスタのそれぞれを差動対とす
る第1.第2のCMOS差動増幅部と、これら第1.第
2のCMOS差動増幅部の出力をプッシュプル形式でか
つソース接地増幅形式で合成しつつ増幅する出力増幅部
とを備え、両差動増幅部を相補的に動作させそれぞれの
出力をプッシュプル形式のソース接地増幅出力として得
る構成であるから、同相入力電圧の許容範囲が拡大され
るという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のCMOS演算増幅回路の構
成を示す回路図、第2図は第1図の回路の同相入力電圧
に関する許容動作範囲を説明するための概念図、第3図
と第4図は従来のCMOS演算増幅回路の構成を示す回
路図である。 1・・・第1の差動増幅回路、2・・・第2の差動増幅
回路、3・・・出力増幅部、Vll、V■2・・・差動
入力端子、Vo・・・出力端子、Mnl、Mp4・・・
電流源トランジスタ、Mn2、Mn3・・・nチャンネ
ル形CMOSI−ランジスタの差動対、Mp5.Mn6
・・・pチャンネル形CMOS)ランジスタの差動対、
Mpl。 Mn2・・・pチャンネル形の負荷トランジスタ、Mn
4.Mn5・・・nチャンネル形の負荷トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  nチャンネル形のMOSトランジスタを差動対とする
    第1のCMOS差動増幅部と、 pチャンネル形MOSトランジスタを差動対とし前記第
    1のCMOS差動増幅部の差動入力端子と共通の差動入
    力端子を有する第2のCMOS差動増幅部と、 これら第1、第2のCMOS差動増幅部の出力をプッシ
    ュプル形式でかつソース接地増幅形式で合成しつつ増幅
    する出力増幅部とを備えたことを特徴とするCMOS演
    算増幅回路。
JP24345488A 1988-09-28 1988-09-28 Cmos演算増幅回路 Pending JPH0292008A (ja)

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