JPH03285409A - Amplifier - Google Patents

Amplifier

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JPH03285409A
JPH03285409A JP2252531A JP25253190A JPH03285409A JP H03285409 A JPH03285409 A JP H03285409A JP 2252531 A JP2252531 A JP 2252531A JP 25253190 A JP25253190 A JP 25253190A JP H03285409 A JPH03285409 A JP H03285409A
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JP
Japan
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output
voltage
input
differential
input voltage
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Application number
JP2252531A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Yamashita
昌宏 山下
Hirokazu Nishimura
浩和 西村
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Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To maintain the linearity of an output voltage over a wide range to an input voltage of a wide range by obtaining the output voltage by switching plural amplifier circuits by a switch means in a state the input voltage range is made common for the plural amplifier circuits. CONSTITUTION:In this amplifier, when the input voltage is weak, a switch means 4 connects a differential step B to an output step 5 and applies the output to the output step 5 and a differential step A, however, is not operated yet. When the input voltage is gradually increased, the differential steps A and B are operated together and turned to the state of maintaining the linearity of the output voltage. When the switching point set in advance of the switch means 4 comes over in the state of operating the differential steps A and B together, the switch means 4 switches the connection on the differential step A side from the differential step B to the output step 5. At such a time, since one input terminal of the differential steps A and B is connected through a feedback line to the output terminal of the output step, the deviation of the output voltage at the time of switching can be suppressed at a minimum.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 増幅器、特に広範囲の入力電圧に対し、広範囲に出力電
圧の直線性を維持し得る増幅器に関し、広範囲の入力電
圧に対して広範囲に出力電圧の直線性を維持し得る増幅
器の提供を目的とし、入力電圧に対して安定した出力が
得られる入力電圧範囲が各々異なる複数の増幅回路と、
選択信号により該複数の増幅回路の出力端子の内1つを
選択するスイッチ手段とを有し、前記増幅回路の入力電
圧範囲が共通である状態において、スイッチ手段で前記
複数の増幅回路の切替えを行って出力電圧を得る。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding an amplifier, particularly an amplifier that can maintain output voltage linearity over a wide range of input voltages, the present invention relates to an amplifier that can maintain output voltage linearity over a wide range of input voltages. A plurality of amplifier circuits each having a different input voltage range that can provide a stable output with respect to the input voltage,
switch means for selecting one of the output terminals of the plurality of amplifier circuits according to a selection signal, and in a state where the input voltage range of the amplifier circuits is common, the switch means switches the plurality of amplifier circuits. and get the output voltage.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、増幅器、特に広範囲の入力電圧に対し、広範
囲に出力電圧の直線性を維持し得る増幅器に関する。
The present invention relates to an amplifier, and particularly to an amplifier that can maintain output voltage linearity over a wide range of input voltages.

〔従来の技術] 従来の増幅器として、第5図(a)の如き増幅器がある
。この増幅器は差動段と、出力段と、出力段の出力電圧
を差動段の一方の入力に帰還する帰還線とで構成され、
ボルテージホロワ回路を構成している。
[Prior Art] As a conventional amplifier, there is an amplifier as shown in FIG. 5(a). This amplifier consists of a differential stage, an output stage, and a feedback line that feeds back the output voltage of the output stage to one input of the differential stage.
It constitutes a voltage follower circuit.

具体的な構成としては、差動段は、エンハンスメント型
のPチャネルMOSトランジスタP9゜PIOからなる
カレントミラー回路と、ゲートに入力する入力電圧に応
答してカレントミラー回路からの電流を制御するエンハ
ンスメント型のnチャネルMOS)ランジスタN9.N
IOと、ゲートにバイアス回路(図示せず)からの定電
圧を受けるエンハンスメント型のnチャネルMO3I−
ランジスタNllからなる定電流源とで構成されている
Specifically, the differential stage includes a current mirror circuit consisting of an enhancement type P-channel MOS transistor P9゜PIO, and an enhancement type current mirror circuit that controls the current from the current mirror circuit in response to the input voltage input to the gate. n-channel MOS) transistor N9. N
IO and an enhancement type n-channel MO3I- whose gate receives a constant voltage from a bias circuit (not shown).
The constant current source is composed of a transistor Nll.

出力段は、高電位電源線■CCと低電圧電源線■SSと
の間に直列に接続された、差動段の出力をゲートに受け
るエンハンスメント型のpチャネルMOSトランジスタ
pHと、バイアス回路(図示せず)からの定電圧を受け
るエンハンスメント型のnチャネルMOS)ランジスタ
N12からなる定電流源部とで構成され、PチャネルM
OS)ランジスタpHのドレインに出力端子15が設け
られている。そして、出力端子15とnチャネルMOS
トランジスタN9のゲートは例えば帰還線を介して接続
されている。
The output stage consists of an enhancement-type p-channel MOS transistor pH connected in series between the high-potential power line CC and the low-voltage power line SS, whose gate receives the output of the differential stage, and a bias circuit (Fig. It consists of an enhancement type n-channel MOS (not shown) which receives constant voltage from a constant current source section consisting of a transistor N12,
OS) An output terminal 15 is provided at the drain of the transistor pH. Then, the output terminal 15 and the n-channel MOS
The gate of transistor N9 is connected, for example, via a feedback line.

このような増幅器の動作は、2つの入力電圧に対して、
一方の入力電圧のみが変化し、それらに電圧差の変化量
に応じた出力電圧を出力するものである。
The operation of such an amplifier is as follows for two input voltages:
Only one of the input voltages changes, and an output voltage corresponding to the amount of change in the voltage difference between them is output.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、従来の増幅器を微弱な入力電圧や非常に高い
入力電圧で使用すると、次のような問題が生じる。第5
図(b)に示すように、入力電圧が小さな領域で動作し
なくなる問題がある。これは、定電位電源線の電位(O
V)に対して定電流源の電圧降下によりnチャネルMO
3I−ランジスタN9.NIOのソースの電圧と、nチ
ャふルMOSトランジスタN9.NIOのしきい値電圧
との和の電圧以上の入力端子が印加されない限り、nチ
ャネルMOS)ランジスタN9.N10が動作できない
からである。
However, when conventional amplifiers are used with weak or very high input voltages, the following problems occur. Fifth
As shown in Figure (b), there is a problem that the device does not operate in a region where the input voltage is small. This is the potential of the constant potential power supply line (O
n-channel MO due to the voltage drop of the constant current source with respect to V)
3I - transistor N9. The voltage of the source of NIO and the n-channel MOS transistor N9. Unless a voltage higher than the sum of the threshold voltage of NIO is applied to the input terminal, the n-channel MOS) transistor N9. This is because N10 cannot operate.

また、反対に入力電圧が高すぎると、入力電圧に対する
出力電圧の直線性が維持できず、安定した増幅作用がで
きなくなる問題がある。これは、入力電圧が高すぎると
、nチャネルMO5I−ランジスタN9.NIOのソー
スの電位とカレントミラー回路のPチャネルMOS)ラ
ンジスタPIO,pHのドレインの電位とがほぼ等しく
なり、入力電圧にそれ以上の電圧を加えても出力端の電
圧が上昇せずに頭打ちになる。そして、その出力端の電
圧を受けた出力段の出力端子も同様に上昇しnチャネル
MOSトランジスタN9を高電圧に固定するからである
On the other hand, if the input voltage is too high, the linearity of the output voltage with respect to the input voltage cannot be maintained, resulting in a problem that stable amplification cannot be achieved. This is because if the input voltage is too high, the n-channel MO5I-transistor N9. The potential of the source of NIO and the potential of the drain of P-channel MOS transistor PIO (pH) of the current mirror circuit are almost equal, and even if a higher voltage is applied to the input voltage, the voltage at the output terminal does not increase and reaches a plateau. Become. This is because the output terminal of the output stage receiving the voltage at the output terminal similarly rises and fixes the n-channel MOS transistor N9 at a high voltage.

このことから、従来の増幅器では、入力電圧が低電位電
源電圧付近で増幅動作ができずに入力電圧の下限値に制
限があったり、また、入力電圧が高すぎることにより直
線性が維持されなくなったり、といった安定な増幅作用
をする入力電圧の範囲が制限されていた。
For this reason, conventional amplifiers are unable to perform amplification when the input voltage is near the low potential power supply voltage, and there is a limit to the lower limit of the input voltage, or when the input voltage is too high, linearity cannot be maintained. The range of input voltage that can provide stable amplification is limited.

よって、本発明では、広範囲の入力電圧に対して広範囲
に出力電圧の直線性を維持し得る増幅器の提供を目的と
する。
Therefore, an object of the present invention is to provide an amplifier that can maintain output voltage linearity over a wide range of input voltages.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は本発明の増幅器の原理構成図である。 FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an amplifier according to the present invention.

図において、1は増幅器、2,3は差動段、4はスイッ
チ手段、5は出力段、6はバイアス電圧線、7は選択信
号線、8は帰還線、9は差動段2の出力端、10は差動
段3の出力端、15は出力端子である。
In the figure, 1 is an amplifier, 2 and 3 are differential stages, 4 is a switch means, 5 is an output stage, 6 is a bias voltage line, 7 is a selection signal line, 8 is a feedback line, and 9 is the output of differential stage 2 10 is the output end of the differential stage 3, and 15 is the output terminal.

本発明の増幅器は、入力電圧に対して安定した出力が得
られる入力電圧範囲が各々異なる複数の増幅回路と、選
択信号により複数の増幅回路の出力端子の内1つを選択
するスイッチ手段とを有し、増幅回路の入力電圧範囲が
共通である状態において、スイッチ手段で複数の増幅回
路の切替えを行って出力電圧を得るようにしている。
The amplifier of the present invention includes a plurality of amplifying circuits each having a different input voltage range from which a stable output can be obtained with respect to an input voltage, and a switch means for selecting one of the output terminals of the plurality of amplifying circuits by a selection signal. In a state where the input voltage range of the amplifier circuits is common, the plurality of amplifier circuits are switched by the switch means to obtain the output voltage.

また、入力電圧が各一方の入力端に入力される複数の差
動段と、複数の差動段の出力電圧を入力し、出力電圧に
応じた電圧を出力端子に出力する出力段と、選択信号の
入力により複数の差動段の複数の出力端の内の1つを出
力段に接続するスイッチ手段と、出力端子の出力電圧を
複数の差動段の他方の入力端の各々に与える帰還線とを
有し、複数の差動段は、入力電圧に対して各々の差動段
が安定に動作する入力電圧範囲が一部で異なるよう構成
され、スイッチ手段は、複数の差動段の入力電圧範囲が
共通であるときに選択信号で出力段への接続を切替える
ようにしている。
In addition, there are multiple differential stages where the input voltage is input to one input terminal of each, an output stage where the output voltages of the multiple differential stages are input, and a voltage corresponding to the output voltage is output to the output terminal. switch means for connecting one of the plurality of output terminals of the plurality of differential stages to the output stage by inputting a signal; and feedback for applying the output voltage of the output terminal to each of the other input terminals of the plurality of differential stages. and the plurality of differential stages are configured such that the input voltage range in which each differential stage operates stably with respect to the input voltage is partially different, and the switch means is configured to When the input voltage range is common, the selection signal is used to switch the connection to the output stage.

さらにまた、入力電圧が一方の入力端に入力される差動
段と、差動段の出力端に接続され、差動段の出力電圧に
応じた電圧を出力段出力端に出力する出力段と、出力段
出力端の出力電圧を差動段の他方の入力端に与える帰還
線とを具備する複数の増幅回路と、選択信号の入力によ
り複数の増幅回路の複数の出力端子の内の1つを選択す
るスイッチ手段とを有し、複数の増幅回路の各々は、入
力電圧に対して安定に動作する入力電圧範囲が異なるよ
う構成され、スイッチ手段は、複数の増幅回路の入力電
圧範囲が共通であるときに切替えるようにしている。
Furthermore, there is a differential stage in which an input voltage is input to one input terminal, and an output stage connected to the output terminal of the differential stage and outputting a voltage corresponding to the output voltage of the differential stage to the output terminal of the output stage. , a feedback line that supplies the output voltage of the output terminal of the output stage to the other input terminal of the differential stage, and one of the plurality of output terminals of the plurality of amplifier circuits according to the input of the selection signal. Each of the plurality of amplifier circuits is configured to have a different input voltage range in which it operates stably with respect to the input voltage, and the switch means is configured such that the input voltage range of the plurality of amplifier circuits is common to the input voltage range. I am trying to switch it when it is.

〔作用〕[Effect]

本発明の増幅器では、入力電圧に対して各々の差動段が
安定に動作する(入力電圧に対する出力電圧の直線性が
維持できる)入力電圧範囲が一部で異なるよう構成され
た複数の差動段を、順次切替えながら入力電圧範囲の拡
大を図っているので、広範囲の入力電圧でも出力電圧の
直線性を維持できる。
In the amplifier of the present invention, each differential stage operates stably with respect to the input voltage (the linearity of the output voltage with respect to the input voltage can be maintained). Since the input voltage range is expanded by sequentially switching the stages, the linearity of the output voltage can be maintained even over a wide range of input voltages.

また、複数の差動段は各々の特性が異なっているため、
スイッチ手段により切替えるとき、出力電圧に電圧のズ
レが生じる恐れがあるが、本発明では、出力段の出力電
圧を各々の差動段に共通に帰還線を介して帰還している
ため、その電圧のズレを最小限に抑えることができる。
Also, since multiple differential stages each have different characteristics,
When switching by a switch means, there is a risk that voltage deviation may occur in the output voltage, but in the present invention, the output voltage of the output stage is commonly fed back to each differential stage via a feedback line, so that the voltage is The deviation can be minimized.

〔実施例〕〔Example〕

第1の実施例を、第1図、第2図(a)、(b)及び第
3図(a)、(b)を用いて説明する。
The first embodiment will be described using FIG. 1, FIGS. 2(a) and (b), and FIGS. 3(a) and (b).

図において、A、Bは差動段、P1〜P5はエンハンス
メント型のPチャネルMO5)ランジスク、N1〜N4
はエンハンスメント型のnチャネルMOSトランジスタ
、Ql、Q2はデプレーション型のnチャネルMOSト
ランジスタ、11は所定の入力室になったときのスイッ
チ手段4の切替点である。なお、第1図と同しものには
同し符号を付けている。
In the figure, A and B are differential stages, P1 to P5 are enhancement type P-channel MO5) run disks, N1 to N4
is an enhancement type n-channel MOS transistor, Ql and Q2 are depletion type n-channel MOS transistors, and 11 is a switching point of the switch means 4 when a predetermined input chamber is reached. Components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals.

第1の実施例の増幅器について説明する。The amplifier of the first embodiment will be explained.

第1の実施例の増幅器は、第1図の増幅器1の構成にお
いて、差動段2が第2図(a)の増幅器である差動段A
(従来例に示した第5図の増幅器と同様の構成)で構成
され、差動段3が第2図(b)の増幅器である差動段A
で構成され、出力段5が従来と同様の第5図の出力段で
構成されている。そして、差動段A、 Bのnチャネル
MOSトランジスタNl、Qlのゲートは共通に入力電
圧が人力する入力端に接続され、nチャネルMOSトラ
ンジスタN2.Q2のゲートは出力端子に帰還線8を介
して共通に接続され、nチャネルMOSトランジスタN
3.N4は図示しないバイアス回路にバイアス電圧49
16を介して共通に接続されている。
In the amplifier of the first embodiment, in the configuration of the amplifier 1 shown in FIG. 1, the differential stage 2 is the differential stage A shown in FIG. 2(a).
(same configuration as the amplifier shown in FIG. 5 shown in the conventional example), and the differential stage 3 is the amplifier shown in FIG. 2(b).
The output stage 5 is composed of the conventional output stage shown in FIG. The gates of the n-channel MOS transistors Nl and Ql of the differential stages A and B are commonly connected to an input terminal to which an input voltage is applied, and the gates of the n-channel MOS transistors N2 . The gates of Q2 are commonly connected to the output terminal via a feedback line 8, and the gates of the n-channel MOS transistors N
3. N4 is a bias voltage 49 applied to a bias circuit (not shown).
They are commonly connected via 16.

また、差動段Aは、第3図(a)に示す如く、入力電圧
がnチャネルMOSトランジスタNl。
Further, as shown in FIG. 3(a), the differential stage A has an input voltage connected to an n-channel MOS transistor Nl.

N2のしきい値(例えば1■程度)とnチャネルMOS
トランジスタN3のドレイン電圧との和の電圧以下で動
作できないという特性を持っている。
N2 threshold (for example, about 1■) and n-channel MOS
It has a characteristic that it cannot operate at a voltage lower than the sum of the drain voltage of transistor N3.

差動段Bは第2図(b)に示す如く構成され、差動段A
において、nチャネルMO3)ランジスタNl、N2を
nチャネルMO3!−ランジスタQ1、Q2 (例えば
、MOS)ランジスタのしきい値が、nチャネルMO3
I−ランジスタN4の動作時のドレイン電圧よりも低い
電圧)に代えて構成されたものである。これにより、n
チャネルMOSトランジスタQl、Q2には、入力端子
が印加されなくても導通しているので、入力電圧が微弱
であっても出力端には出力電圧が現れる。しかし、第3
図(b)に示す如く、差動段Aに比べて入力する入力電
圧が低い状態において、出力電圧の直線性が維持できな
くなるという特性を持っている。
The differential stage B is constructed as shown in FIG. 2(b), and the differential stage A
In n-channel MO3) transistors Nl and N2 are connected to n-channel MO3! - the thresholds of transistors Q1, Q2 (e.g. MOS) are n-channel MO3
(lower voltage than the drain voltage during operation of transistor N4). This results in n
Since the channel MOS transistors Ql and Q2 are conductive even when no input terminal is applied, an output voltage appears at the output terminal even if the input voltage is weak. However, the third
As shown in Figure (b), when the input voltage is lower than that of the differential stage A, the linearity of the output voltage cannot be maintained.

上述の如き差動段A、B及びスイッチ手段4を用いた第
1の実施例の増幅器の動作を説明する。
The operation of the amplifier of the first embodiment using the differential stages A and B and the switch means 4 as described above will be explained.

この増幅器において、入力電圧が微弱であるとき、スイ
ッチ手段4は差動段Bを出力段5に接続し、その出力を
出力段5に与えるが、差動段Aはまだ動作していない。
In this amplifier, when the input voltage is weak, the switching means 4 connects the differential stage B to the output stage 5 and gives its output to the output stage 5, but the differential stage A is not yet in operation.

よって、出力電圧は差動段Bから直線性を維持した状態
で出力端に現れる。
Therefore, the output voltage appears at the output terminal from the differential stage B while maintaining linearity.

入力電圧が徐々に高くなるにつれて差動段A。differential stage A as the input voltage gradually increases.

Bが共に動作し、共に出力電圧の直線性が維持された状
態となる。このとき、まだスイッチ手段4が差動段B側
へ切り替わっていないので、出力電圧は差動段Bの出力
電圧を出力している。差動段A、Bが共に動作している
状態で、予め設定しておいたスイッチ手段4の切替点が
くると、スイッチ手段4は差動段Bから差動段A側を出
力段5に接続を切替える。このとき、差動段A、Bの一
方の入力端は出力段の出力端子に帰還線を介して接続さ
れでいるため、切替え時の出力電圧のズレを最小限に抑
えることができる。さらに入力電圧が高くなると、差動
段Bは出力電圧の直線性を維持できなくなるが、すでに
スイッチ手段は差動段A側に切替わっているので、直線
性が維持された差動段Aの出力電圧の出力が出力端に現
れる。
B operate together, and the linearity of the output voltage is maintained in both cases. At this time, since the switch means 4 has not yet been switched to the differential stage B side, the output voltage is the output voltage of the differential stage B. When a preset switching point of the switch means 4 comes with both differential stages A and B operating, the switch means 4 switches the side of the differential stage A from the differential stage B to the output stage 5. Switch connections. At this time, since one of the input terminals of the differential stages A and B is connected to the output terminal of the output stage via a feedback line, the deviation in the output voltage at the time of switching can be minimized. If the input voltage further increases, differential stage B will no longer be able to maintain the linearity of the output voltage, but since the switch means has already been switched to the differential stage A side, differential stage A will be able to maintain linearity. The output voltage appears at the output terminal.

上述のように、第1の実施例では、差動段A。As mentioned above, in the first embodiment, the differential stage A.

Bが安定に動作する(入力電圧に対する出力電圧の直線
性が維持できる)状態で、差動段A、Bを切替えている
ので、入力電圧が微弱な電圧がらでも、増幅器の出力電
圧の直線性が維持でき、広範囲の入力電圧でも出力電圧
の直線性を維持できる。
Differential stages A and B are switched while B is operating stably (the linearity of the output voltage with respect to the input voltage can be maintained), so even if the input voltage is weak, the linearity of the output voltage of the amplifier is maintained. can be maintained, and output voltage linearity can be maintained even over a wide range of input voltages.

次に、第2の実施例として、第6図に第1図と同等の作
用を有する他の増幅器を示し、第7図(a)、  (b
)に差動段2,3の具体的構成を示す。図中、P20〜
P27はエンハンスメント型のpチャネルMOSトラン
ジスタ、N20〜N27はエンハンスメント型のnチャ
ネルMO34ランジスタである。尚、第1図の構成と同
様のものには同じ符号を付している。
Next, as a second embodiment, FIG. 6 shows another amplifier having the same effect as that in FIG. 1, and FIGS. 7(a), (b)
) shows the specific configuration of differential stages 2 and 3. In the figure, P20~
P27 is an enhancement type p-channel MOS transistor, and N20 to N27 are enhancement type n-channel MO34 transistors. Components similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

第6図の増幅器は、差動段2にバイアス電圧を与えるバ
イアス回路131と、差動段Cの出力を受ける出力段5
1と、差動段3にバイアス電圧を与えるバイアス回路1
32と、差動段りの出力を受ける出力段52と、前記2
つの出力段51.51の出力を切り替えるスイッチ手段
41を持っている。
The amplifier in FIG. 6 includes a bias circuit 131 that applies a bias voltage to the differential stage 2, and an output stage 5 that receives the output of the differential stage C.
1, and a bias circuit 1 that provides a bias voltage to the differential stage 3.
32, an output stage 52 receiving the output of the differential stage, and said 2
It has switch means 41 for switching the outputs of the two output stages 51 and 51.

この差動段2,3について、例えば差動段2は、第7図
(a)の如く構成されており、差動段Cと、抵抗Rとn
チャネルMOSトランジスタN22からなるバイアス回
路131と、nチャネルMO3トランジスタN24とp
チャネルMOSトランジスタP22からなる出力段51
とを有する。差動段3は、第7図(b)の如く構成され
ており、差動段つと、抵抗RとPチャネルMO5)ラン
ジスタP23からなるバイアス回路132と、nチャネ
ルMO3)ランジスタN27とpチャネルMO3)ラン
ジスタP25からなる出力段52とを有する。
Regarding the differential stages 2 and 3, for example, the differential stage 2 is configured as shown in FIG. 7(a), and includes a differential stage C, a resistor R, and
A bias circuit 131 consisting of a channel MOS transistor N22, an n-channel MO3 transistor N24 and a p
Output stage 51 consisting of channel MOS transistor P22
and has. The differential stage 3 is constructed as shown in FIG. 7(b), and includes a bias circuit 132 consisting of a resistor R, a P-channel MO5) transistor P23, an n-channel MO3) transistor N27, and a p-channel MO3. ) and an output stage 52 consisting of a transistor P25.

差動段Cは第2図(a)の差動段Aと同じ構成であり、
上述の如く、入力電圧がnチャネルMOSトランジスタ
N20. N21のしきい値(例えばIV程度)とnチ
ャネルMO3)ランジスタN23のドレイン電圧との和
の電圧以下になると入力電圧による制御ができない特性
がある。
Differential stage C has the same configuration as differential stage A in FIG. 2(a),
As mentioned above, the input voltage is applied to the n-channel MOS transistor N20. There is a characteristic that control by the input voltage cannot be performed when the voltage is lower than the sum of the threshold voltage of N21 (for example, about IV) and the drain voltage of the n-channel MO3 transistor N23.

差動段りは、カレントミラー回路構成されたnチャネル
MOSトランジスタN25により、nチャネルMOSト
ランジスタN26の開放度が大きくその電圧降下は極小
であるから、PチャネルMOSトランジスタP27のゲ
ートへの入力電圧がnチャネルMO3)ランジスタN2
6による電圧降下以下になるような微弱な入力電圧に対
しても、入力電圧による制御ができる。一方で、入力電
圧が高い状態では、出力電圧の直線性が維持できなくな
るという特性を持っている。
In the differential stage, due to the n-channel MOS transistor N25 configured as a current mirror circuit, the open degree of the n-channel MOS transistor N26 is large and the voltage drop is minimal, so the input voltage to the gate of the P-channel MOS transistor P27 is n-channel MO3) transistor N2
Even for a weak input voltage that is less than the voltage drop caused by 6, it is possible to control the input voltage. On the other hand, when the input voltage is high, the linearity of the output voltage cannot be maintained.

この増幅器の動作は、入力電圧が微弱なときは、差動段
り側の出力電圧を出力する様にスイッチ手段41を切り
替えておき、入力電圧が切替点になったらスイッチ手段
41を差動段C側に切り替えて差動段Cからの出力電圧
を出力するようになっている。
The operation of this amplifier is such that when the input voltage is weak, the switch means 41 is switched to output the output voltage on the differential stage side, and when the input voltage reaches the switching point, the switch means 41 is switched to the differential stage side. The output voltage from the differential stage C is output by switching to the C side.

上述のように、第3の実施例では、第7図(a)、  
(b)の増幅器を使用しているため、第2図の差動段A
、Bのようにデプレーション型のMOSトランジスタを
使用せずに済むので、製造工程の簡略化ができる。
As mentioned above, in the third embodiment, FIG. 7(a),
Since the amplifier in (b) is used, the differential stage A in Fig. 2 is used.
, B, there is no need to use a depletion type MOS transistor, so the manufacturing process can be simplified.

次に、第3の実施例を第4図を用いて説明する。Next, a third embodiment will be explained using FIG. 4.

第4図は、前述の第1の実施例をディジタル・アナログ
変換器の一部に適用したものである。図中、P6〜P8
はエンハンスメント型PチャネルMOSトランジスタ、
N5〜N8はエンハンスメント型nチャネルMOSトラ
ンジスタ、D1〜D4はディジタル信号が入力するディ
ジタル端子、12はR−2Rのラダー抵抗器、13は抵
抗とエンハンスメント型nチャネルMOSトランジスタ
N5が直列に接続された一定の電圧を発生させるバイア
ス回路、14a、14bはトランスファゲートからなる
スイッチである。差動段A、Bは、それぞれ第2図(a
)、(b)で構成されている。また、このディジタル・
アナログ変換器は、差動段ABの切替えを最上位ピノ1
−04の切替わりと同時に行っており(このとき、差動
段A、Bは共に動作状態にあり、共に出力電圧が直線性
をもって出力している)、選択信号を発生させる回路が
不要となっている。
FIG. 4 shows the above-described first embodiment applied to a part of a digital-to-analog converter. In the figure, P6 to P8
is an enhancement type P-channel MOS transistor,
N5 to N8 are enhancement type n-channel MOS transistors, D1 to D4 are digital terminals into which digital signals are input, 12 is an R-2R ladder resistor, and 13 is a resistor and an enhancement type n-channel MOS transistor N5 connected in series. Bias circuits 14a and 14b that generate a constant voltage are switches consisting of transfer gates. Differential stages A and B are shown in FIG.
) and (b). In addition, this digital
The analog converter switches the differential stage AB to the top pin 1.
-04 (at this time, differential stages A and B are both in operation and both output voltages with linearity), eliminating the need for a circuit to generate a selection signal. ing.

このディジタル・アナログ変換器は、次のような動作を
する。ディジタル端子D4〜DIに「0000J〜ro
 111Jが入力されている場合、R−2Rのラダー抵
抗器で分圧された電圧が差動段A、Bの一方の入力端に
共通に入力され、この状態で、ディジタル端子D4は「
0」であるため、スイッチのトランスファゲート14a
が開き、差動段Bの出力電圧を出力段に与える。差動段
Bはディジタル端子D4〜D1の入力がroooojで
その入力電圧が微弱であっても安定して動作する。
This digital-to-analog converter operates as follows. “0000J~ro” on digital terminal D4~DI
111J is input, the voltage divided by the R-2R ladder resistor is commonly input to one input terminal of differential stages A and B, and in this state, the digital terminal D4 is "
0'', the transfer gate 14a of the switch
opens and provides the output voltage of differential stage B to the output stage. The differential stage B operates stably even if the input voltage of the digital terminals D4 to D1 is rooooj and the input voltage is weak.

一方、)ランスフアゲ−)14bは閉であるので、差動
段Aの出力電圧は出力段には伝わらない。ディジタル端
子D4〜D1への入力が変化し、「1000」〜rl 
111Jが入力された場合、ディジタル端子D4は「1
」であるため、スイッチのトランスフアゲ−H4bが開
き、差動段Aの出力電圧を出力段に与える。差動段Aは
ディジタル端子D4〜DIの入力がrllllJでその
入力電圧が高くても安定して動作する。一方、差動段B
は既に出力電圧の直線性を維持できなくなっているが、
トランスファゲート14aは閉であるので、差動段Bの
出力電圧は出力段には伝わらないようになっている。
On the other hand, since the transverse gate ) 14b is closed, the output voltage of the differential stage A is not transmitted to the output stage. The input to the digital terminals D4 to D1 changes, and the input to the digital terminals D4 to D1 changes from "1000" to rl
When 111J is input, digital terminal D4 becomes “1”.
'', the switch transfer gate H4b opens and applies the output voltage of the differential stage A to the output stage. The differential stage A operates stably even if the input voltage of the digital terminals D4 to DI is rllllJ and the input voltage thereof is high. On the other hand, differential stage B
is already unable to maintain the linearity of the output voltage,
Since the transfer gate 14a is closed, the output voltage of the differential stage B is not transmitted to the output stage.

このように、本発明をディジタル・アナログ変換器に適
用すると、入力電圧が微弱な状態から電源電圧に至るま
での広範囲において増幅器の出力電圧の直線性が維持で
きる。また、差動段A、  Bの切替えを最上位ビア 
)D4、又は差動段A、  Bが共に直線性をもった出
力電圧が出力するビットを用いて選択信号を発生させる
ことで、選択信号を発生させる回路が不要となる。
In this way, when the present invention is applied to a digital-to-analog converter, the linearity of the output voltage of the amplifier can be maintained over a wide range from a weak input voltage state to a power supply voltage. Also, the switching of differential stages A and B can be done using the topmost via.
) D4 or differential stages A and B both output voltages with linearity to generate the selection signal, thereby eliminating the need for a circuit for generating the selection signal.

第8図に第4の実施例を示す。FIG. 8 shows a fourth embodiment.

この第4の実施例では、第2の実施例の増幅器をディジ
タル・アナログ変換器の一部に適用したものである。ス
イッチ手段41は、第3の実施例と同様トランスフアゲ
−)14a、14bで構成され、D4に入力する入力信
号により制御され、その切り替えも同様である。尚、第
4の実施例におけるディジタル・アナログ変換器の動作
は、第3の実施例と略同じであるため説明を省略する。
In this fourth embodiment, the amplifier of the second embodiment is applied to a part of a digital-to-analog converter. The switch means 41 is composed of transfer gates 14a and 14b as in the third embodiment, and is controlled by an input signal input to D4, and the switching thereof is also the same. Note that the operation of the digital-to-analog converter in the fourth embodiment is substantially the same as that in the third embodiment, so a description thereof will be omitted.

上述したように、本実施例では、入力電圧に対する出力
電圧の直線性が維持できる入力電圧範囲が一部で異なる
複数の差動段を、切替えながら使用するので、広範囲の
入力電圧でも出力電圧の直線性を維持できる。
As mentioned above, in this embodiment, multiple differential stages are used in which the input voltage range in which the linearity of the output voltage can be maintained with respect to the input voltage is different, while being switched. Linearity can be maintained.

なお、本発明では、出力電圧の直線性が維持できる入力
電圧範囲が一部で異なるよう構成された差動段は2つに
限らず複数あっても良い。
Note that, in the present invention, the number of differential stages configured such that the input voltage range in which the linearity of the output voltage can be maintained is different in some parts is not limited to two, and there may be a plurality of differential stages.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の増幅器では、広範囲の入
力電圧でも出力電圧の直線性を維持できるので、出力電
圧の保証範囲が拡大し、半導体装置等の電圧制御に貢献
する。
[Effects of the Invention] As explained above, the amplifier of the present invention can maintain the linearity of the output voltage even over a wide range of input voltages, thereby expanding the guaranteed range of the output voltage and contributing to voltage control of semiconductor devices, etc. .

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

第1図は本発明の増幅器の原理構成図、第2図(a)、
(b)は差動段2,3の構成図、第3図(a)、(b)
は差動段2.3の特性図、第4図は本発明をディジタル
・アナログ変換器に採用した実施例構成図 第5図は従来の増幅器を示す図、 第6図は本発明の他の増幅器の構成図、第7図(a)、
(b)は他の差動段2,3の構成図、 第8図は本発明の他の増幅器をディジタル・アナログ変
換器に採用した実施例構成図である。 図において、1は増幅器、2,3は差動段、4゜41は
スイッチ手段、5.51.52は出力段、6,61゜6
2はバイアス電圧線、7は選択信号線、8は帰還線、9
は差動段2の出力端、10は差動段3の出力端、11は
スイッチ手段4の切替点、12はラダー抵抗器、13.
131,132はバイアス回路、14 a 、 14 
bはトランスファゲート、15は出力端子、P1〜P1
1、  P20〜P27はエンハンスメント型のpチャ
ネル〜10Sトランジスタ、Nl −N12.  N2
0−N27はエンハンスメント型のnチャネルMO3)
ランジスタ、Ql、Q2はデプレーション型nチャネル
MOSトランジスタ、D1〜D4はディジタル端子であ
る。 ロー (α) (11) 美彰1!hA、BQ搏べ回 案2図 ′42日0長勧杖Aδの層H蛎 墨3昂 ス抹n壇幅!L−1回 名 、5′″y 躬 イ
Fig. 1 is a diagram of the principle configuration of the amplifier of the present invention, Fig. 2(a),
(b) is a block diagram of differential stages 2 and 3, and Fig. 3 (a) and (b)
is a characteristic diagram of the differential stage 2.3, FIG. 4 is a block diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a digital-to-analog converter, FIG. 5 is a diagram showing a conventional amplifier, and FIG. 6 is a diagram of another embodiment of the present invention. Configuration diagram of amplifier, Fig. 7(a),
(b) is a block diagram of other differential stages 2 and 3, and FIG. 8 is a block diagram of an embodiment in which another amplifier of the present invention is adopted as a digital-to-analog converter. In the figure, 1 is an amplifier, 2 and 3 are differential stages, 4.41 is a switch means, 5.51.52 is an output stage, and 6.61.6
2 is a bias voltage line, 7 is a selection signal line, 8 is a feedback line, 9
10 is the output end of the differential stage 2, 11 is the switching point of the switch means 4, 12 is a ladder resistor, 13.
131, 132 are bias circuits, 14 a, 14
b is a transfer gate, 15 is an output terminal, P1 to P1
1. P20 to P27 are enhancement type p-channel to 10S transistors, Nl-N12. N2
0-N27 is an enhancement type n-channel MO3)
The transistors Ql and Q2 are depletion type n-channel MOS transistors, and D1 to D4 are digital terminals. Law (α) (11) Miaki 1! hA, BQ circulation plan 2 '42 days 0 long Kanjo Aδ layer H 蛎 ink 3 昂ス ま n platform width! L-1st name, 5′″y 謬ii

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力電圧に対して安定した出力が得られる入力電
圧範囲が各々異なる複数の増幅回路と、選択信号により
該複数の増幅回路の出力端子の内1つを選択するスイッ
チ手段とを有し、 前記増幅回路の入力電圧範囲が共通である状態において
、スイッチ手段で前記複数の増幅回路の切替えを行って
出力電圧を得ることを特徴とする増幅器。
(1) It includes a plurality of amplifier circuits each having a different input voltage range that provides a stable output with respect to the input voltage, and a switch means that selects one of the output terminals of the plurality of amplifier circuits by a selection signal. . An amplifier characterized in that, in a state where the input voltage range of the amplifier circuits is common, the plurality of amplifier circuits are switched by a switch means to obtain an output voltage.
(2)入力電圧が各一方の入力端に入力される複数の差
動段(2、3)と、 前記複数の差動段の出力電圧を入力し、該出力電圧に応
じた電圧を出力端子(15)に出力する出力段(5)と
、 選択信号の入力により前記複数の差動段の複数の出力端
の内の1つを前記出力段に接続するスイッチ手段(4)
と、 前記出力端子の出力電圧を前記複数の差動段の他方の入
力端の各々に与える帰還線(8)とを有し、 前記複数の差動段は、入力電圧に対して各々の差動段が
安定に動作する入力電圧範囲が一部で異なるよう構成さ
れ、前記スイッチ手段は、前記複数の差動段の入力電圧
範囲が共通であるときに前記選択信号で前記出力段への
接続を切替えることを特徴とする増幅器。
(2) A plurality of differential stages (2, 3) into which the input voltage is input to one input terminal, and an output terminal into which the output voltages of the plurality of differential stages are input and a voltage corresponding to the output voltage is output. (15); and switch means (4) for connecting one of the plurality of output terminals of the plurality of differential stages to the output stage upon input of a selection signal.
and a feedback line (8) for supplying the output voltage of the output terminal to each of the other input terminals of the plurality of differential stages, the plurality of differential stages each having a difference with respect to the input voltage. The input voltage range in which the differential stages operate stably is different in some parts, and the switch means connects the output stage to the output stage using the selection signal when the input voltage range of the plurality of differential stages is common. An amplifier characterized by switching.
(3)入力電圧が一方の入力端に入力される差動段(2
)と、前記差動段の出力端に接続され、前記差動段の出
力電圧に応じた電圧を出力段出力端に出力する出力段(
5)と、前記出力段出力端の出力電圧を前記差動段の他
方の入力端に与える帰還線(8)とを具備する複数の増
幅回路と、 選択信号の入力により前記複数の増幅回路の複数の出力
端子の内の1つを選択するスイッチ手段(4)とを有し
、 前記複数の増幅回路の各々は、入力電圧に対して安定に
動作する入力電圧範囲が異なるよう構成され、前記スイ
ッチ手段は、前記複数の増幅回路の入力電圧範囲が共通
であるときに切替えを行うことを特徴とする増幅器。
(3) Differential stage (2
), and an output stage (
5), and a feedback line (8) for supplying the output voltage of the output stage output terminal to the other input terminal of the differential stage; switch means (4) for selecting one of the plurality of output terminals, each of the plurality of amplifier circuits being configured to have a different input voltage range in which it stably operates with respect to the input voltage; An amplifier characterized in that the switch means performs switching when the input voltage ranges of the plurality of amplifier circuits are common.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021070246A1 (en) * 2019-10-08 2021-04-15
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Cited By (3)

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WO2021070245A1 (en) * 2019-10-08 2021-04-15 三菱電機株式会社 Operational amplifier

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