JPH03274911A - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier

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JPH03274911A
JPH03274911A JP2073310A JP7331090A JPH03274911A JP H03274911 A JPH03274911 A JP H03274911A JP 2073310 A JP2073310 A JP 2073310A JP 7331090 A JP7331090 A JP 7331090A JP H03274911 A JPH03274911 A JP H03274911A
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JP
Japan
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stage
input
output
mosfet
differential
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Application number
JP2073310A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Noda
孝明 野田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To drive the load of a small impedance by a small FET by composing a level shift step of a differential amplifier equipped with a pair of PchFET and connecting a resistor between the drain terminals of paired current mirror type load FET connected paired input FET. CONSTITUTION:In an input step 1, outputs are generated at the drains of FET Q6 and Q7 by receiving the drain voltages of Q1 and Q2 at the sources, amplifying the voltages to apply the voltages to prebuffers 2a and 2b. A Q41 is connected between the drains of loads Q23 and Q24 in the buffer 2a of a PMOS and on the other hand, a Q42 is connected between loads Q28 and Q29 in the buffer 2b of an NMOS input. Then, a ground potential and a VDD are applied to the gates of the Q41 and Q42 and they are turned on at all times so as to be operated as resistors. Thus, when the gains of the prebuffers 2a and 2b are suppressed by the ON resistors of the MOS, an influence to be exerted upon the characteristic dispersion of the output step by input offset is made small. Therefore, when properly controlling the gains of the prebuffers 2a and 2b, the control of the characteristic dispersion can be balanced with driving ability.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体集積回路技術さらにはMOSFETか
らなるAB級演算増幅回路に適用して特に有効な技術に
関し、例えば、加入者線のような低インピーダンスの負
荷を駆動するための送信用バッファアンプに利用して有
効な技術に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor integrated circuit technology and to a technology that is particularly effective when applied to class AB operational amplifier circuits consisting of MOSFETs. The present invention relates to a technique that is effective for use in a transmission buffer amplifier for driving a low impedance load.

[従来の技術] 近年、加入者線のような低インピーダンス負荷を駆動す
るための送信バッファアンプがGODECのような通信
用LSIに内蔵されるようになってきている。このよう
な通信用LSIにおいては、低消費電力であることが要
求されるため、出力段がプッシュプル動作するAB級ア
ンプが使用されることか多い。しかしながら、AB級ア
ンプでは定常電流をできるだけ抑えたいが、定常電流は
プロセスバラツキによって変動し易いため定常電流の安
定化が重要な課題となっていた。
[Prior Art] In recent years, transmission buffer amplifiers for driving low impedance loads such as subscriber lines have been built into communication LSIs such as GODECs. Since such communication LSIs are required to have low power consumption, class AB amplifiers with push-pull output stages are often used. However, although it is desired to suppress the steady state current as much as possible in class AB amplifiers, the steady state current tends to fluctuate due to process variations, so stabilizing the steady state current has become an important issue.

そこで、第3図に示すようにフォーデッドカスコード型
差動増幅段1と、コンプリメンタリ型のプッシュプル出
力段3との間に差動増幅段の出力をレベルシフトするレ
ベルシフト段2を設け、出力段3に対する振込み電圧を
大きくして、定常電流を抑え、かつ駆動能力の高いAB
級動作をする増幅器に関する発明(特開昭62−683
08号)が提案されている。
Therefore, as shown in FIG. 3, a level shift stage 2 is provided between the loaded cascode differential amplifier stage 1 and the complementary push-pull output stage 3 to level shift the output of the differential amplifier stage. The transfer voltage to stage 3 is increased to suppress the steady current and AB with high driving ability.
Invention related to amplifiers with class operation (Japanese Patent Laid-Open No. 62-683
No. 08) has been proposed.

低消費電力で駆動能力の高いAB級アンプを実現するに
は、差動増幅段1の出力の可変範囲が大きいことがキー
ポイントになる。そこで、上記先願発明においては、差
動MOS F E T  M I 3 。
In order to realize a class AB amplifier with low power consumption and high drive capability, the key point is that the variable range of the output of the differential amplifier stage 1 is wide. Therefore, in the above-mentioned prior invention, the differential MOS FETMI3 is used.

MI4が形成されるウェル領域の電位を負の電圧とする
とともに、カスコード部のMO3FETMI5.MI6
として、ゲート電極にソース・ドレイン領域とは逆導電
型の不純物が導入されることによりしきい値電圧がシリ
コンのバンドギャップ分大きくされたMOSFETを使
用する。これにより、差動増幅段の出力の可変範囲を増
大させ、これをレベルシフトして出力MOSFET  
MOl、MO2を駆動することで、サイズの小さなMO
SFETによって低インピーダンスの負荷を駆動できる
高駆動能力の増幅器を実現している。
The potential of the well region where MI4 is formed is set to a negative voltage, and the MO3FET MI5. MI6
As such, a MOSFET is used in which the threshold voltage is increased by the band gap of silicon by introducing impurities of a conductivity type opposite to that of the source/drain regions into the gate electrode. This increases the variable range of the output of the differential amplifier stage and level-shifts the output MOSFET.
By driving MOl and MO2, small MO
The SFET realizes an amplifier with high drive capability that can drive a low impedance load.

[発明が解決しようとする課題] 第3図に示されている増幅器においては、システム的な
オフセットをなくすため、4個のMOSFET  MB
I−MB4を直列に接続してなる4段積みのバイアス回
路4が設けられ、増幅器の消費電力がバイアス回路4の
消費電力と比例関係になるように最適な定数設定が行な
われる。また、上記バイアス回路の消費電力は縦積みの
4個のMOSFET  MBI〜MB4のしきい値電圧
の総和と電源電圧との差に大きく依存している。
[Problems to be Solved by the Invention] In the amplifier shown in FIG. 3, four MOSFETs MB are used to eliminate systematic offsets.
A four-stage bias circuit 4 formed by connecting I-MBs 4 in series is provided, and optimum constant settings are performed so that the power consumption of the amplifier is proportional to the power consumption of the bias circuit 4. Further, the power consumption of the bias circuit greatly depends on the difference between the sum of the threshold voltages of the four vertically stacked MOSFETs MBI to MB4 and the power supply voltage.

ところが、第3図の増幅器の電源電圧は+Vと−V(通
常、±5V)であり、電源電圧差が10Vとして設計さ
れている。従って、上記構成の回路を例えば+5v単一
電源のLSIに内蔵させると、消費電力がしきい値電圧
等プロセスパラメータの変動の影響を大きく受けてしま
うという問題点がある。
However, the power supply voltages of the amplifier in FIG. 3 are +V and -V (usually ±5V), and the amplifier is designed with a power supply voltage difference of 10V. Therefore, if a circuit with the above configuration is built into an LSI with a single +5V power supply, for example, there is a problem in that the power consumption is greatly affected by fluctuations in process parameters such as threshold voltage.

近年、プロセスの微細化に伴い通信用LSIは5v単一
電源を採用する傾向にあるため、電源電圧が下がっても
消費電力および特性の変動の少ないバッファアンプが要
望されるようになっている。
In recent years, with the miniaturization of processes, communication LSIs have tended to use a 5V single power supply, so there is a demand for buffer amplifiers that consume less power and have less fluctuation in characteristics even when the power supply voltage decreases.

この発明の目的は、消費電力および特性が安定であり、
しかも低消費電力で大きな駆動能力を持つAB級増幅器
を提供することにある。
The purpose of this invention is to have stable power consumption and characteristics,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a class AB amplifier having low power consumption and large driving capability.

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

[課題を解決するための手段] 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。
[Means for Solving the Problems] Representative inventions disclosed in this application will be summarized as follows.

すなわち、入力段にフォーデッドカスコード型差動増幅
器を用い、その後段にPMO5入力の差動増幅段とNM
O8入力の差動増幅段からなるプリバッファをレベルシ
フタとして設け、かつこれらのプリバッファ内のカレン
トミラー接続された負荷MOSFETのドレイン端子間
に各々抵抗を入れてプリバッファの利得を10dB程度
以下に抑え、この低利得のプリバッファによってプッシ
ュプル出力段の各出力MO5FETをそれぞれ駆動させ
るようにするものである。
That is, a loaded cascode differential amplifier is used in the input stage, and a differential amplifier stage with 5 PMO inputs and NM are used in the subsequent stage.
A pre-buffer consisting of a differential amplification stage with O8 input is provided as a level shifter, and a resistor is inserted between the drain terminals of the current mirror-connected load MOSFETs in these pre-buffers to suppress the gain of the pre-buffer to about 10 dB or less. , each output MO5FET of the push-pull output stage is driven by this low gain pre-buffer.

また、差動入力段やプリバッファ内の定電流源を駆動す
るためのバイアス回路として、電源電圧やプロセスパラ
メータの依存性の低い回路を用いる。
Further, as a bias circuit for driving the constant current source in the differential input stage and pre-buffer, a circuit with low dependence on power supply voltage and process parameters is used.

[作用コ 低インピーダンス駆動では出力段の利得が下がるため、
従来のオペアンプではDC利得が低く、ボルテージフォ
ロワでもリニアリティが悪いという欠点があったが、上
記した手段によれば、入力段にフォーデッドカスコード
型差動増幅器を用いているため入力段のみで40dB程
度の高いDC利得が得られ、出力段の利得が低くなって
も回路全体として高い利得と良好なリニアリティが得ら
れる。
[Since the gain of the output stage decreases with low impedance drive,
Conventional operational amplifiers had the disadvantage of low DC gain and poor linearity even with voltage followers, but with the above-mentioned method, the input stage alone uses a forced cascode differential amplifier, so the input stage alone has a gain of about 40 dB. A high DC gain can be obtained, and even if the gain of the output stage is low, a high gain and good linearity can be obtained as a whole circuit.

また、差動入力段の出力を受けるPMO5入力、NMO
8入力のプリバッファ内に抵抗を設け、プリバッファの
利得を10dB以下に抑えていることにより、プリバッ
ファの入力オフセットバラツキによる出力段のバイアス
点の変動を実用的な許容範囲内に抑えることができ、量
産時の諸パラメータ依存性に対しても耐性の高い回路を
提供できる。
In addition, PMO5 input receives the output of the differential input stage, and NMO5 input receives the output of the differential input stage.
By installing a resistor in the 8-input pre-buffer and suppressing the pre-buffer gain to 10 dB or less, fluctuations in the bias point of the output stage due to variations in the input offset of the pre-buffer can be suppressed within a practical allowable range. This makes it possible to provide a circuit with high resistance to dependence on various parameters during mass production.

さらに、バイアス回路においても、温度依存性以外のパ
ラメータ依存性を小さくする回路構成は実用になってお
り、そのような回路を本発明の増幅器に適用することに
より、特性バラツキの小さい低消費電力な低インピーダ
ンス駆動増幅器を実現でき、変動要因に対する耐性も高
くすることができるので誤動作を防止することができる
Furthermore, even in bias circuits, circuit configurations that reduce parameter dependence other than temperature dependence have become practical, and by applying such circuits to the amplifier of the present invention, low power consumption with small characteristic variations can be achieved. It is possible to realize a low impedance drive amplifier, and it is also highly resistant to fluctuation factors, so malfunctions can be prevented.

[実施例] 第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、公知のCM○S(相補型MO
8)集積回路の製造技術によって、1個の単結晶シリコ
ンのような半導体基板上において形成される。同図にお
いて、チャンネル部分に矢印が付加されたMOSFET
はPチャンネル型である。
[Embodiment] FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention. Each circuit element in the figure is a well-known CM○S (complementary MO
8) Formed on a single semiconductor substrate, such as single crystal silicon, by integrated circuit manufacturing techniques. In the same figure, the MOSFET with an arrow added to the channel part
is of P-channel type.

この実施例は、入力段1がフォーデッドカスコード型差
動増幅回路で構成されている。すなわち、互いにソース
端子が共通接続された一対のNチャンネル型入力差動M
OSFET  Ql、Q2(7)ドレイン端子と電源電
圧vDDとの間にはカレントミラー接続されたPチャン
ネル型負荷MO5FET  Q4.Q5が接続されてい
る。そして、このMOSFET  Q4のドレイン端子
と接地点との間にはPチャンネル型MO5FET  Q
6とNチャンネル型MOSFET  Q8.QIOが、
マタMO5FET  Q5のドレイン端子と接地点との
間にはPチャンネル型MOSFET  Q7とNチャン
ネル型MOSFET  Q9およびQllがそれぞれ直
列形態で接続されている。
In this embodiment, the input stage 1 is composed of a loaded cascode type differential amplifier circuit. That is, a pair of N-channel type input differential M whose source terminals are commonly connected to each other.
OSFET Ql, Q2 (7) A P-channel type load MO5FET Q4.current mirror connected between the drain terminal and the power supply voltage vDD. Q5 is connected. A P-channel type MO5FET Q is connected between the drain terminal of this MOSFET Q4 and the ground point.
6 and N-channel MOSFET Q8. QIO is
A P-channel type MOSFET Q7 and N-channel type MOSFETs Q9 and Qll are connected in series between the drain terminal of the master MO5FET Q5 and the ground point, respectively.

上記MOSFET  Q6〜Qllのうち、Q6とQ7
およびQ8とQ9はそれぞれカレントミラー接続されて
いる。また、MOSFET  QIOとQllは、その
ゲートにバイアス回路4からの定電圧が供給されること
により、定電流源として動作スル。シカモ、MOSFE
T  QIO,Qllには入力差動MO5FET  Q
l、Q2(7)共通ソース端子に接続された定電流用M
O5FETQ3に流される電流■。の半分の電流が流さ
れるように、各MOSFETの定数が設定されている。
Among the MOSFETs Q6 to Qll above, Q6 and Q7
And Q8 and Q9 are each connected in a current mirror. Furthermore, MOSFETs QIO and Qll operate as constant current sources by supplying a constant voltage from the bias circuit 4 to their gates. Shikamo, MOSFE
T QIO, Qll have input differential MO5FET Q
l, Q2 (7) Constant current M connected to common source terminal
Current flowing through O5FETQ3■. The constant of each MOSFET is set so that half of the current flows through the MOSFET.

このフォーデッドカスコード型差動増幅回路からなる入
力段1においては、MOSFET  Q6゜Q7が、そ
のソース端子に入力段の出力すなわちMOSFET  
Ql、Q2のドレイン電圧を受け、ドレイン端子から出
力電圧を発生することにより、ゲート接地型増幅素子と
類似の電圧増幅動作を行なう。これによって、差動入力
段1は、これのみで約60dBのDC利得を有する。そ
して、この実施例では、上記MOSFET  Q6.Q
7のドレイン電圧を受けて動作するPMO5入力のプリ
バッファ2aとN M OS入力のプリバッファ2bが
設けられている。
In the input stage 1 consisting of this loaded cascode type differential amplifier circuit, MOSFET Q6゜Q7 has its source terminal connected to the output of the input stage, that is, the MOSFET
By receiving the drain voltages of Ql and Q2 and generating an output voltage from the drain terminal, it performs a voltage amplification operation similar to that of a common gate type amplification element. As a result, the differential input stage 1 has a DC gain of about 60 dB by itself. In this embodiment, the MOSFET Q6. Q
A pre-buffer 2a with a PMO5 input and a pre-buffer 2b with an NMOS input, which operate in response to a drain voltage of 7, are provided.

プリバッファ2aは一対のPチャンネル型差動MO3F
ET  Q21.Q22と、そのドレイン端子と電源電
圧vDD間に接続されたカレントミラー形態の負荷MO
5FET  Q23.Q24と、共通ソース端子に接続
された定電流用MOSFET  Q25とからなる差動
増幅回路である。また、プリバッファ2bは、一対のN
チャンネル型差動MOSFET  Q26.Q27と、
そのドレイン端子と接地点との間に接続されたカレント
ミラー形態の負荷MO3FET  Q28.Q29と、
共通ソース端子に接続された定電流用MOSFETQ2
0とからなる差動増幅回路である。
The pre-buffer 2a is a pair of P-channel type differential MO3Fs.
ET Q21. Q22 and a current mirror type load MO connected between its drain terminal and the power supply voltage vDD.
5FET Q23. This is a differential amplifier circuit consisting of a constant current MOSFET Q24 and a constant current MOSFET Q25 connected to a common source terminal. Further, the pre-buffer 2b has a pair of N
Channel type differential MOSFET Q26. Q27 and
A current mirror type load MO3FET connected between its drain terminal and ground point Q28. Q29 and
Constant current MOSFETQ2 connected to common source terminal
This is a differential amplifier circuit consisting of 0 and 0.

この実施例では、プリバッファ2aの負荷MO5FET
  Q23とQ24のドレイン端子間にMOSFET 
 Q41が、またプリバッファ2bの負荷MOSFET
  Q28とQ29と(7)rfflにMOSFET 
 Q42が、それぞれ接続されている。
In this embodiment, the load MO5FET of the pre-buffer 2a
MOSFET between the drain terminals of Q23 and Q24
Q41 is also the load MOSFET of the pre-buffer 2b.
MOSFET in Q28, Q29 and (7) rffl
Q42 are connected to each other.

上記MOSFET  Q41とQ42のゲート端子には
、接地電位と電源電圧vDDがそれぞれ印加されること
により常時オン状態にされ、抵抗素子として機能する。
The gate terminals of the MOSFETs Q41 and Q42 are kept on at all times by applying a ground potential and a power supply voltage vDD, respectively, and function as resistance elements.

この実施例ではMOSFET  Q41とQ42のオン
抵抗を調整することでプリバッファ2aと2bの利得が
1odB以下になるようにしである。
In this embodiment, the gains of pre-buffers 2a and 2b are set to 1 odB or less by adjusting the on-resistances of MOSFETs Q41 and Q42.

そして、このプリバッファ2a、2bのシングルエンド
出力がプッシュプル出力段3の出力MOSFET  Q
31.Q32のゲート端子にそれぞれ供給されている。
The single-end outputs of these pre-buffers 2a and 2b are output to the output MOSFET Q of the push-pull output stage 3.
31. They are respectively supplied to the gate terminals of Q32.

これによって、プリバッファ2a、2bは低利得を持つ
レベルシフタとして動作し、出力段のMOSFETに適
正なバイアス点を与える。
As a result, the pre-buffers 2a and 2b operate as a level shifter with a low gain and provide an appropriate bias point to the MOSFET in the output stage.

上記プリバッファ2a、2bにおいて、MOSFET 
 Q41.Q42を設けてそのオン抵抗で利得を抑えな
かった場合、両プリバッファに5mVの入力オフセット
を仮定すると、プリバッファの出力側ではその100倍
の約500mVのバラツキが生じる。そのため、MOS
FET  Q31とQ32のバイアス点が大きく揺れて
しまい、互いに近づく方向では1v近く振れてこの時出
力段のMOSFET  Q31.Q32には大きな電流
が流れてしまう。逆に、離れる方向に振れると。
In the above pre-buffers 2a and 2b, MOSFET
Q41. If Q42 is provided and the gain is not suppressed by its on-resistance, assuming an input offset of 5 mV to both pre-buffers, a variation of about 500 mV, which is 100 times that amount, will occur on the output side of the pre-buffers. Therefore, the MOS
The bias points of FETs Q31 and Q32 fluctuated greatly, and in the direction of approaching each other, they swung by nearly 1V, and at this time, the bias points of MOSFET Q31. A large current flows through Q32. On the other hand, if it swings away from you.

出力段3に電流が殆ど流れなくなってしまって、所望の
特性は得られない。しかるに、上記実施例では、プリバ
ッファ2a、2bの利得をMOSのオン抵抗で抑えてい
るため、入力オフセットとして5mVを仮定してもプリ
バッファの出力側で30mV程度のバラツキに抑えるこ
とができる。従ってこれが出力段の特性バラツキに与え
る影響は比較的小さくなる。このようにプリバッファの
利得を適正に制御することで、特性バラツキの抑制と、
駆動能力とのバランスを図っているのが本実施例のアン
プの特徴である。
Almost no current flows through the output stage 3, and desired characteristics cannot be obtained. However, in the above embodiment, since the gains of the pre-buffers 2a and 2b are suppressed by the on-resistance of the MOS, even if the input offset is assumed to be 5 mV, the variation on the output side of the pre-buffers can be suppressed to about 30 mV. Therefore, the influence this has on the characteristic variations of the output stage is relatively small. By appropriately controlling the gain of the pre-buffer in this way, characteristic variations can be suppressed and
The characteristic of the amplifier of this embodiment is that it achieves a balance with the drive capacity.

第2図には、上記実施例のバッファアンプに適したプロ
セスバラツキの小さなバイアス回路の構成例が示されて
いる。
FIG. 2 shows a configuration example of a bias circuit with small process variations suitable for the buffer amplifier of the above embodiment.

すなわち、このバイアス回路は、1.2vのような基準
電圧V r e fを発生する基準電圧発生回路5で発
生された電圧を、ヒユーズ等によりトリミング可能な可
変抵抗6を有する非反転増幅器7に入れて2.2vのよ
うな定電圧Vsを発生する。
That is, this bias circuit applies a voltage generated by a reference voltage generation circuit 5 that generates a reference voltage V r e f such as 1.2V to a non-inverting amplifier 7 having a variable resistor 6 that can be trimmed by a fuse or the like. It generates a constant voltage Vs such as 2.2V.

そして、この定電圧Vaをダイオード接続のMOSFE
T  Q52がドレインに負荷として接続されたNチャ
ンネルMOSFET  Q51のゲートに入れる。これ
とともに、上記MOSFET  Q52とカレントミラ
ー接続されたMOSFETQ53を設け、このMOSF
ET  Q53のドレインにダイオード接続のMOSF
ET  Q54とQ55を直列形態で接続し、Q52と
Q53に流れる電流が同一(Is□)になるように設計
する。
Then, this constant voltage Va is applied to a diode-connected MOSFE
TQ52 is connected to the gate of N-channel MOSFET Q51, whose drain is connected as a load. Along with this, a MOSFET Q53 connected with the above MOSFET Q52 in a current mirror is provided, and this MOSFET
MOSF with diode connected to the drain of ET Q53
ET Q54 and Q55 are connected in series and designed so that the currents flowing through Q52 and Q53 are the same (Is□).

さらに、上記MOSFET  Q53のドレイン電圧を
、ダイオード接続のMOSFET  Q57がドレイン
に負荷として接続されたNチャンネルMOSFET  
Q56のゲートに入れるとともに、上記MO3FET 
 Q57とカレントミラー接続されたMOSFET  
058を設け、このMOSFET  Q58のドレイン
にダイオード接続のMOSFET  Q59を直列形態
で接続し、Q57と058に流れる電流が同一(IB2
)になるように設計する。
Furthermore, the drain voltage of MOSFET Q53 is transferred to an N-channel MOSFET whose drain is connected as a load to the diode-connected MOSFET Q57.
In addition to entering the gate of Q56, the above MO3FET
MOSFET connected with Q57 by current mirror
058 is provided, and a diode-connected MOSFET Q59 is connected in series to the drain of this MOSFET Q58, so that the currents flowing through Q57 and 058 are the same (IB2
).

そして、上記MO5FET  Q56とQ59のドレイ
ン電圧をバイアス電圧In1.In2として、第1図の
回路の入力段1やプリバッファ2a、2b内の定電流用
MOSFET  Q3.QIO,QllやQ25.Q2
0のゲート端子に供給して、MOSのサイズで決まるよ
うなバイアス電流を流すようになっている。
Then, the drain voltages of the MO5FETs Q56 and Q59 are changed to the bias voltage In1. As In2, a constant current MOSFET Q3. QIO, Qll and Q25. Q2
0 gate terminal to flow a bias current determined by the size of the MOS.

第2図のバイアス回路においては、MOSFET  Q
51.Q54.Q55.Q56のW/L比(ゲート幅と
ゲート長との比)をβ0.β2.β3゜β、とおき、β
2=β□=4β1となるように設計するとMOSFET
  Q5に流れる電流Inがなる式で決定されるように
なる。これによって、発生されるバイアス電圧V B1
1 V B2が、プロセスバラツキによるMOSFET
のしきい値電圧Vthの変動に依存せず温度係数にのみ
依存する非常に安定性の高いバイアス回路が得られる。
In the bias circuit of Fig. 2, MOSFET Q
51. Q54. Q55. The W/L ratio (ratio of gate width to gate length) of Q56 is β0. β2. β3゜β, Toki, β
When designed so that 2=β□=4β1, the MOSFET
The current In flowing through Q5 is determined by the following equation. As a result, the generated bias voltage V B1
1 V B2 is MOSFET due to process variation
A highly stable bias circuit that does not depend on variations in the threshold voltage Vth but only on the temperature coefficient can be obtained.

なお、上記実施例では、プリバッファ2a、2bの利得
を下げるため、負荷MOSFET  Q23、Q24お
よびQ28.Q29のドレイン端子間にMOSFET 
 Q41.Q42のオン抵抗を入れるようにしたが、他
の回路方式により利得を制御するようにしてもよい。例
えばプリバッファ2a、2bの利得が1でよいような場
合には、MOSFET  Q41.Q42およびMO3
FETQ23とQ24やQ28とQ29のカレントミラ
ー接続を省略し、Q23.Q24とQ28.Q29を単
なるダイオード接続の負荷MO5FETとすればよい。
In the above embodiment, the load MOSFETs Q23, Q24 and Q28 . MOSFET between the drain terminals of Q29
Q41. Although the on-resistance of Q42 is included, the gain may be controlled by other circuit systems. For example, if the gain of pre-buffers 2a and 2b is only 1, MOSFET Q41. Q42 and MO3
By omitting the current mirror connections of FETQ23 and Q24 and Q28 and Q29, Q23. Q24 and Q28. Q29 may be simply a diode-connected load MO5FET.

また、上記実施例では入力段1がNチャンネルMOSF
ETを入力トランジスタとするNMO3入力の差動増幅
回路で構成されているものを示したが、PチャンネルM
OSFETを入力トランジスタとするPMO8入力の差
動増幅回路を入力段に用いたバッファアンプにも適用で
きることはいうまでもない。
Furthermore, in the above embodiment, the input stage 1 is an N-channel MOSFET.
The one shown here consists of an NMO3 input differential amplifier circuit with ET as the input transistor, but the P-channel M
Needless to say, the present invention can also be applied to a buffer amplifier using a PMO 8-input differential amplifier circuit in the input stage with an OSFET as the input transistor.

以上説明したように上記実施例は、入力段にフォーデッ
ドカスコード型差動増幅器を用い、その後段にPMO5
入力の差動増幅段とNMO5入力の差動増幅段からなる
プリバッファをレベルシフタとして設け、かつこれらの
プリバッファ内のカレントミラー接続された負荷MOS
FETのドレイン端子間に各々抵抗を入れてプリバッフ
ァの利得を10dB程度以下に抑え、この低利得のプリ
バッファによってプッシュプル出力段の各出力MO5F
ETをそれぞれ駆動させるようにしたので。
As explained above, the above embodiment uses a loaded cascode differential amplifier in the input stage, and a PMO5 in the subsequent stage.
A pre-buffer consisting of an input differential amplification stage and an NMO5 input differential amplification stage is provided as a level shifter, and a current mirror-connected load MOS in these pre-buffers is provided.
A resistor is inserted between the drain terminals of each FET to suppress the gain of the pre-buffer to about 10 dB or less, and this low-gain pre-buffer is used to control each output MO5F of the push-pull output stage.
I decided to drive each ET.

プリバッファの入力オフセットバラツキによる出力段の
バイアス点の変動を実用的な許容範囲内に抑えることが
でき、量産時の諸パラメータ依存性に対しても耐性の高
い回路を提供できるという作用により、消費電力および
特性が安定であり、しかも低消費電力で大きな駆動能力
を持つAB級増幅器を実現できるという効果がある。
Variations in the bias point of the output stage due to pre-buffer input offset variations can be suppressed within a practical tolerance range, and a circuit with high resistance to dependence on various parameters during mass production can be provided. This has the effect of realizing a class AB amplifier with stable power and characteristics, low power consumption, and large drive capability.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが1本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば上記実施例では位
相補償について言及していないが出力端子OUTと出力
MO3FETQ31.Q32のゲート端子との間あるい
は出力端子OUTと入力段1の出力ノードn。との間等
に位相補償用の容量や抵抗を入れるようにしてもよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor. For example, although phase compensation is not mentioned in the above embodiment, the output terminal OUT and the output MO3FETQ31. Between the gate terminal of Q32 or the output terminal OUT and the output node n of input stage 1. A capacitor or resistor for phase compensation may be inserted between the two.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である加入者線を駆動する
送信バッファアンプに適用した場合を例にとって説明し
たが、この発明はそれに限定されるものでなく、低イン
ピーダンスの負荷を駆動するバッファアンプ一般に利用
することができる。
In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly explained using an example in which the invention was applied to a transmitting buffer amplifier for driving a subscriber line, which is the field of application in which the invention was made, but this invention is not limited to that. Instead, buffer amplifiers that drive low impedance loads can generally be used.

[発明の効果] 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.

すなわち、最小サイズの出力MO3FETで低インピー
ダンスの負荷を、低消費電力でしかも安定して駆動可能
なAB級動作のバッファアンプを実現することができる
That is, it is possible to realize a buffer amplifier with AB class operation that can stably drive a low impedance load with low power consumption using the minimum size output MO3FET.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るバッファアンプの一実施例を示す
回路図。 第2図はそれに適したバイアス回路の構成例を示す回路
図。 第3図は従来のバッファアンプの一例を示す回路図であ
る。 1・・・・入力段、2a、2b・・・・プリバッファ(
レベルシフト段)、3・・・・出力段、4・・・・バイ
アス回路。 λ
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a buffer amplifier according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a bias circuit suitable for this purpose. FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional buffer amplifier. 1...Input stage, 2a, 2b...Pre-buffer (
level shift stage), 3...output stage, 4...bias circuit. λ

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、差動入力段と、プッシュプル型出力段と、上記差動
入力段の出力をレベルシフトして上記出力段に伝達し、
これをプッシュプル動作させるレベルシフト段とからな
る演算増幅器において、上記レベルシフト段を、一対の
PチャンネルMOSFETを入力トランジスタとする差
動増幅器および一対のNチャネルMOSFETを入力ト
ランジスタとする差動増幅器で構成し、上記各入力トラ
ンジスタ対に接続されたカレントミラー形態の負荷MO
SFET対のドレイン端子間にそれぞれ抵抗を接続して
その利得を抑えるようにしたことを特徴とする演算増幅
器。 2、上記抵抗はMOSFETのオン抵抗を利用してなる
ことを特徴とする請求項1記載の演算増幅器。 3、上記差動入力段は、差動増幅器と、該差動増幅回路
の出力をソース端子に受けドレイン端子から出力するよ
うにされたゲート接地型MOSFETおよびこのMOS
FETにバイアス電流を流す電流源を有する増幅段とか
らなるフォーデッドカスコード型差動増幅回路であるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の演算増幅器。
[Claims] 1. A differential input stage, a push-pull type output stage, and level-shifting the output of the differential input stage and transmitting the level-shifted output to the output stage,
In an operational amplifier comprising a level shift stage that performs push-pull operation, the level shift stage is a differential amplifier having a pair of P-channel MOSFETs as input transistors and a differential amplifier having a pair of N-channel MOSFETs as input transistors. a current mirror type load MO configured and connected to each input transistor pair;
An operational amplifier characterized in that a resistor is connected between the drain terminals of each pair of SFETs to suppress the gain thereof. 2. The operational amplifier according to claim 1, wherein the resistor is formed using an on-resistance of a MOSFET. 3. The differential input stage includes a differential amplifier, a gate-grounded MOSFET whose source terminal receives the output of the differential amplifier circuit, and outputs it from its drain terminal, and this MOS
3. The operational amplifier according to claim 1, wherein the operational amplifier is a loaded cascode differential amplifier circuit comprising an amplification stage having a current source that supplies a bias current to the FET.
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