JPH03154413A - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JPH03154413A
JPH03154413A JP29218989A JP29218989A JPH03154413A JP H03154413 A JPH03154413 A JP H03154413A JP 29218989 A JP29218989 A JP 29218989A JP 29218989 A JP29218989 A JP 29218989A JP H03154413 A JPH03154413 A JP H03154413A
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JP
Japan
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source
drain
whose
mos transistor
transistor
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Application number
JP29218989A
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English (en)
Inventor
Daijiro Inami
井波 大二郎
Yuichi Sato
勇一 佐藤
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NEC Corp
NEC Miyagi Ltd
Original Assignee
NEC Corp
NEC Miyagi Ltd
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Publication date
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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] 本発明は演算増幅器に関する。
[従来の技術] CMO3半導体装置上に+/fL算増幅器を実現する回
路構成は、従来より、各種提案されているが高速動作を
可能とする構成として、第2図に示すカスコード型の演
算増幅器が知られている。
第2図に示す演算増幅器はゲートがバイアス電源V31
に接続され、ソースが負電源VSSに接続されるN型M
O3)ランジスタM1と;ソースがMlのドレ1インに
共通に接続され、ゲートが入力端子V 1H+ 、 V
 IN−にそれぞれ接続されるN型MOSトランジスタ
M2およびM3と・ゲートがバイアス電圧源VB□に共
通に接続され、ソースが正電源VDDに接続されるP型
MO3)ランジスタM4およびM6と;ゲートがバイア
ス電圧源VB3に共通に接続されるP型〜10Sトラン
ジスタM8およびM9と;ゲートがバイアス電圧源VB
4に共通に接続されるN型MO8)−ランジスタM 1
0およびN111と;ゲートがバイアス電圧源VB5に
共通に接続され、ソースが負電源VSSに接続されるN
型MO3)ランジスタM12およびMl3を備え。
M2のドレインとM4のドレインとM8のソースを共通
に接続し、M3のドレインと、M6のドしインとM9の
ソースを共通に接続し、M8のドレインとMIOのドレ
インをまとめて第1の出力端子V0υ〒−に接続し、M
9のドレインとMllのドレインをまとめて第2の出力
端子V。UT+に接続しMIOのソースとMl2のドレ
インを接続し1M11のソースとMl3のドレインを接
続した構成とな−て(・る。
さらに、M2とM3のトランジスタサイズ、M4とM6
のトランジスタサイズ、M8と〜19のトランジスタサ
イズ、MloとMllのトランジスタサイズ、Ml2と
Ml3のトランジスタサイズはそれぞれ等しく設定され
ている。
従って本増幅器の小信号伝達特性は。
(Vout+   VOLI〒−)  /  (V  
IN+  −V  IN−)g 4寥ro”gah+2 (VOUT++ VOUT−)/  (V I?  +
 V IN−)−〇                
         ・・・■ただし g、:トランジス
タM1の1目互コンダクタンス ga−+:)ランジスタMiのドレイン間コンダクタン
ス であり、高ゲイン広帯域の増幅器を実現するのに適して
いる。
しかしながら、上述した高ゲイン特性は1出力電圧V。
LIT++ vout−が適切な直流動作点に安定に設
定されすることではじめて得られるため、動作点を安定
化するための手段を付加して使用されることが多い。
第3図は上述した第2図に示した回路の出力電圧の直流
動作点を安定化するための手段を付加した場合の回路図
である。
第3図に示す演算増幅回路は、第2図に示した回路構成
要素と、N型MO5)ランジスタM81およびMg2で
構成されるソースフォロワSF1とN型MOSトランジ
スタM91およびM92で構成されるソースフォロワS
F2と第1の端子がSFIの出力に接続される抵抗器R
1と、第1の端子がSF2の出力に接続される抵抗器R
2を崗え R1の第2の端子とR2の第2の端子をあわ
せてM4およびM6のゲートに共通に接続している。さ
らに1M81とM91のトランジスタサイズと8M91
とM92のトランジスタサイズおよびR1とR2の抵抗
値は等しく設定されている。
ここで1M81およびM91のゲートソース間電圧は等
しいので■、とおくと、SFIおよびSF2の出1カ電
位N8.V、は VB  = V 0IJT −−V z m     
     1.、■V、WVoじゃ−v8.     
    ・・・■従って、M4.Moのゲートに印加さ
れる電位V8Gは ・・・■ となる。
従って2本演算増幅器の出力電圧V。U T −rVO
LIT+が何らかの原因により同時に上昇すると。
M4.Moのゲート電圧が高くなり、M4.Moのドレ
インソース間抵抗が増大するためr VOIJT++V
 0IJT−が同時に下降するように負帰還が働らき逆
に・ V 0LIT・・ VOIJT−が同時に下降す
ると・ Mlo、M12のゲート電圧が低くなり、〜1
4とMoのドレインソース間抵抗が減少するためV。、
T+。
V 0UT−が同時に上昇するように負帰還が鋤らくの
で、安定した直流動作点が得られる。
又、この時、この帰還回路は出力電圧の差動成分の変化
1に対しては、全熱影響されない。すなわち、” OL
I?++  ” 0UT−が逆方向に動作した場合V8
V9も逆方向に動作するため1 v6とV9の中点電位
Va9は常に一定で不変である。
従って1本演算増幅器は安定に高ゲインを得る演算増幅
器を実現するのに適している。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、第3図に示した従来回路においては同相
帰還のため+  VOIJTやとV。UT−の平均電位
を求めるためソースフォロワ出力に抵抗器R1゜R2を
必要とする。しかもR1,R2の抵抗値はソースフォロ
ワの出力抵抗に比較して充分大きくする必要がある。一
般に半導体装置上に抵抗器を実現する場合、所要精度を
得るため、その専有面積は大きく、さらに抵抗値の増大
とともにその専有面積はさらに大きくなる。このように
、第3図に示した従来回路は専有面積が大きくなるとい
う欠点を有する。
本発明の課題は、上記欠点を除去し、従来用いた抵抗器
を不要とし、従って専有面積を小さくした演算増1幅器
を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、ゲートが第1のバイアス電圧源に接続
され、ソースが第1の電源に接続される第1のMOS)
ランジスタと。
ソースが前記第1のMo3)ランジスタのドレインに共
通に接続される第2および第3のMOSトランジスタと
2 ドレインが前記第2のMOSトランジスタのドレインに
共通に接続され、ソースが第2の電源に共通に接続され
る第4および第5のPvrosトランジスタと。
ドレインが前記第3のMOSトランジスタのドレインに
共通に接続され、ソースが前記第2の電源に共通に接続
される第6および第7のMOSトランジスタと。
ゲートが第2のバイアス電圧源に接続され2 ソースが
前記第2のMOSトランジスタのドレインに接続される
第8のMOSトランジスタと、ゲートが前記第2のバイ
アス電圧源に接続されソースが前記第3のMOSトラン
ジスタのドレインに接続される第9のMOSトランジス
タと第1の端子が前記第8のMOSトランジスタのドレ
インに接続され、第2の端子が前記第1の7u源に接続
される第1の電流供給手段と。
第1の端子が前記第9のMOSトランジスタのドレイン
に接続され、第2の端子が前記第1の電源に接続される
第2の電流供給手段と。
出力が前記第5および第6のMo3)ランジスタのゲー
トに接続される第1のソースフォロワと、出力が前記第
4および第7の〜fOSトランジスタのゲートに接続さ
れる第2のソースフォロワを1iIえ。
前記第2のMo3)ランジスタのゲートを第1の入力端
子に接続し、前記第3のMo3)ランジスタのゲートを
第2の入力端子に接続し、前記第8のMOSトランジス
タのドレインを第1のソースフォロワの入力、および第
1の出力端子に接続し、前記第9のMOSl−ランジス
タのドレインを第2のソースフォロワの入力、および第
2の出力端子に接1続したことを特徴とする演算増幅器
が得られる。
[実施例] 次に11本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の回路図である。
すなわち、ゲートがバイアス電圧源VB+に接続され、
ソースが負電源VSSに接続されるN型MOSトランジ
スタM1と;ソースがMlのドレインに共通に接続され
ゲートが入力端子V1N+。
VIN−にそれぞれ接続されるN型MO8)ランジスタ
M2およびM3と;ドレインがM2のドレインと接続さ
れ、ソースが正電源VDDと接続されるP型MOSトラ
ンジスタM4およびM5と;ドレインがM3のドレイン
と接続され、ソースか正電源VDDと接続されるP型M
OSトランジスタM6およびMlと;ゲートがバイアス
電圧源VB2に共通に接続されたP型MOSトランジス
タM8およびM9と;ゲートがバイアス電圧源VB3に
共通に接続されたN型MOSトランジスタMIOおよび
N111と;ゲートがバイアス電圧源V!14に共通に
重 接続され、ソースが負電源VSSに共通に接続されるN
型MOSトランジスタM12およびM、13と;ゲ・−
トがバイアス電圧源VB6に共通に接続され。
ソースが正電源V。Dに共通に接続されるP型N10S
トランジスタM81およびM91と;ドレインが買電[
Vssに接続され、ソースがMg2のドレインに接続さ
れるP型MOSトランジスタM82と;ドレインが負電
源VSSに接続され、ソースかM91のドレインに接続
されるP型MO3)ランジスタM92を備え1M10の
ソースとMl2のドレインを接続し1M11のソースと
Ml2のドレインを接続し、M8のドレインとMIOの
トlツインとMg2のゲートをまとめて第1の出力端子
v out−に接続し、M9のドレインとMllのドレ
インと1M92のゲートをまとめて第2の圧力端子Vo
υT−に接続する構成となっている。
又、M2とM3のトランジスタサイズ、 M4M5.M
6.Mlのトランジスタサイズ、M8とM9のトランジ
スタサイズ MIOとMllのトランジスタサイズ2M
12とMl3のトランジス亀 タサイズ1M81とM91のトランジスタサイズ。
Mg2とM92のトランジスタサイズはそれぞれ等しく
設定される。
本回路の基本動作は第2図、および第3図と同じであり
、その伝達特性は (VOUT+−Vouy−) / (V IN+−V 
IN−)(V□ut++ Vout−)/  (V I
N+  + V IN−)−〇           
              ・・・■である。又、■
式に示した式において高ゲインが得られるためには、■
。いT+、 VOtlT−が適切な直流動作点に安定に
設定されなければならない事も。
第2図および第3図と同じである。
ここで、第1図における同相帰還動作を以下に説明する
本演算増幅器の出力電圧VOUT−+  ”OUTやか
何らかの原因により同時に上昇すると1M82とM 8
1で構成されるソースフォロワの出力電圧V8およびM
92とM91でt74成されるソースフォロワの出力型
1圧V9は同時に上昇する。その結果1M4、M5.M
6.Mlの電流源トランジスタのゲート・ソース間電圧
が減少し、M8〜M13に供給される電流が減少するた
め1出力電圧V。UT−+V OUT+は下降するよう
に帰還が動らく。
逆に1本演算増幅器の出力電圧VOUニーr  VOU
T+が何らかの原因により同時に下降した場合にはMg
2とMg2で構成されるソースフォロワの出力電圧v8
およびM92とM91で構成されるソースフォロワの出
力電圧V、は同時に下降する。
その結果、M4.M5.M6.Mlの電流源トランジス
タのゲート・ソース間電圧が増加し、N18〜M13に
供給される電流が増加するため、出力電圧V。LIT−
I V out+は上昇するように帰還が働らく 。
以上説明したような負帰還動作により直流動作的の安定
化が図れる。
又1本帰還回路は出力電圧の差動成分の変化に対しては
全然影響されない。例えばV。UT−が上昇し+”0L
ITやが下降する場合、Vlが上昇し、■。
が下降するので、電流源トランジスタM5  M6から
供給される電流は減少するが1.電流源トランジスタM
4.M7から供給される電流は増加するため、M4とM
 5あるいはM6とM7から供給される電流の総和はほ
ぼ一定とみなすことができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、カスコード型演算増幅器
の出力電圧をソースフォロワを使用して帰還させること
により、安定な高ゲインの演算増幅器を実現することを
可能にし、しかも従来この種の回路で用いられる抵抗素
子を使用しないので。
半導体集積装置上の専有面積を極めて小さくできるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の演算増幅器の回路図、第2図。 第3図は従来の演算増幅器の回路図である。 M 1〜M3.MIO〜M13:N型MO3)ランジス
タ、M4〜M9.M81.M82.M91゜M92:P
型MO8)ランジスタ、R1,R2:抵抗器+1VBl
〜VB6:バイアス電圧源(電圧)。 V、Nヤ、 VlN−:入力端子(電圧) + ”OU
T++v out−、出力端子(電圧)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゲートが第1のバイアス電圧源に接続され、ソース
    が第1の電源に接続される第1のMOSトランジスタと
    、 ソースが前記第1のMOSトランジスタのドレインに共
    通に接続される第2および第3のMOSトランジスタと
    、 ドレインが前記第2のMOSトランジスタのドレインに
    共通に接続され、ソースが第2の電源に共通に接続され
    る第4および第5のMOSトランジスタと、 ドレインが前記第3のMOSトランジスタのドレインに
    共通に接続され、ソースが前記第2の電源に共通に接続
    される第6および第7のMOSトランジスタと、 ゲートが第2のバイアス電圧源に接続され、ソースが前
    記第2のMOSトランジスタのドレインに接続される第
    8のMOSトランジスタと、ゲートが前記第2のバイア
    ス電圧源に接続され、ソースが前記第3のMOSトラン
    ジスタのドレインに接続される第9のMOSトランジス
    タと、第1の端子が前記第8のMOSトランジスタのド
    レインに接続され、第2の端子が前記第1の電源に接続
    される第1の電流供給手段と、 第1の端子が前記第9のMOSトランジスタのドレイン
    に接続され、第2の端子が前記第1の電源に接続される
    第2の電流供給手段と、 出力が前記第5および第6のMOSトランジスタのゲー
    トに接続される第1のソースフォロワと、出力が前記第
    4および第7のMOSトランジスタのゲートに接続され
    る第2のソースフォロワを備え、 前記第2のMOSトランジスタのゲートを第1の入力端
    子に接続し、前記第3のMOSトランジスタのゲートを
    第2の入力端子に接続し、前記第8のMOSトランジス
    タのドレインを第1のソースフォロワの入力、および第
    1の出力端子に接続し、前記第9のMOSトランジスタ
    のドレインを第2のソースフォロワの入力、および第2
    の出力端子に接続したことを特徴とする演算増幅器。
JP29218989A 1989-11-13 1989-11-13 演算増幅器 Pending JPH03154413A (ja)

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