JPH0435308A - Differential amplifier with variable gain - Google Patents

Differential amplifier with variable gain

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JPH0435308A
JPH0435308A JP2139333A JP13933390A JPH0435308A JP H0435308 A JPH0435308 A JP H0435308A JP 2139333 A JP2139333 A JP 2139333A JP 13933390 A JP13933390 A JP 13933390A JP H0435308 A JPH0435308 A JP H0435308A
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Abstract

PURPOSE:To adjust the gain to a desired gain and to obtain an optimum gain and frequency band by applying a control voltage generate based on a saturated internal voltage drop to gates of 1s and 2nd load transistors (TRs). CONSTITUTION:A current flows to TRs Q4A, Q4B in differential pair form a power supply VDD via P-channel TRs Q3A, Q3B and a current In flows from a source to other power supply Vss via current source TRs Q5A, Q5B. Moreover, a control voltage or a reference voltage E generated by TRs Q2A, Q2B and a current source TR Q6 is applied to gates of load TRs Q1A, Q1B to offer a desired load resistor. Thus, the gain AV is decided by a current ratio IN/IP, which is set to an optional desired ratio depending on the ratio of gm of the TRs, that is, the size and shape.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、利得調整可能な差動増幅器に関し、特に差動
増幅器の利得および周波数特性をその用途に応じて最適
の値に設定できるようにした技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a gain-adjustable differential amplifier, and particularly to a differential amplifier whose gain and frequency characteristics can be set to optimal values depending on the application. Regarding the technology.

[従来の技術] 一般に、差動増幅器自体の利得を所定値に調整すること
は困難であるとされており、通常は該差動増幅器に帰還
回路等を接続して所望の利得および周波数特性を実現す
るか、あるいは所望の利得を有するものを選別して使用
するかしている。
[Prior Art] Generally, it is said that it is difficult to adjust the gain of a differential amplifier itself to a predetermined value, and usually a feedback circuit or the like is connected to the differential amplifier to obtain the desired gain and frequency characteristics. Either they are realized, or they are selectively used that have the desired gain.

このため、従来、例えば米国特許第4.881゜044
号に記載されているように差動増幅器の負荷抵抗と並列
に電流バイパス用の電流源を接続し、差動接続されたト
ランジスタのコンダクタンスを増大して利得を所望の高
い値に設定するものが知られている。
For this reason, conventionally, for example, US Patent No. 4.881°044
As described in the issue, a current source for current bypass is connected in parallel with the load resistance of a differential amplifier, and the conductance of the differentially connected transistors is increased to set the gain to a desired high value. Are known.

[発明が解決しようとする課題] ところが、このような従来例の差動増幅器においては、
負荷抵抗と並列に接続された電流源の電流を変える等の
手段によっても利得を変えることは殆んど不可能であり
、差動増幅器の利得を任意の所望の値に設定することが
できないという不都合があった。また、各電流源および
負荷抵抗は興なる温度特性およびプロセス依存性を有す
るから、温度変化あるいはプロセスの条件の変化等によ
って利得が変動するという不都合があった。
[Problem to be solved by the invention] However, in such a conventional differential amplifier,
It is almost impossible to change the gain by changing the current of a current source connected in parallel with the load resistance, and it is impossible to set the gain of a differential amplifier to any desired value. There was an inconvenience. Furthermore, since each current source and load resistor has different temperature characteristics and process dependencies, there is a disadvantage that the gain fluctuates due to changes in temperature or process conditions.

本発明の目的は、前述の従来例の差動増幅器における問
題点に鑑み、差動増幅器の利得を、従ってその周波数特
性をも、任意の所望の値に調整できるようにすると共に
、利得が温度変化によりあるいはプロセスの条件の変化
により影響を受けないようにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems with the conventional differential amplifier, it is an object of the present invention to enable the gain of the differential amplifier, and therefore its frequency characteristics, to be adjusted to any desired value, and to adjust the gain to any desired value. The objective is to be unaffected by changes or changes in process conditions.

[課題を解決するための手段] 本発明に係わる利得調整可能な差動増幅器は、第1の導
電型の第1および第2の差動トランジスタと、前記第1
および第2の差動トランジスタのドレイン間に直列的に
接続された第2の導電型の第1および第2の負荷トラン
ジスタと、該第1および第2の負荷トランジスタのゲー
トにその飽和内部電圧降下分にもとづき生成しな制#電
圧を供給する第2の導電型の制御電圧発生用トランジス
タ手段を具備することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A gain-adjustable differential amplifier according to the present invention includes first and second differential transistors of a first conductivity type;
and first and second load transistors of a second conductivity type connected in series between the drains of the second differential transistor, and a saturated internal voltage drop thereof at the gates of the first and second load transistors. The present invention is characterized in that it comprises a second conductivity type control voltage generating transistor means for supplying a control voltage that is not generated based on the current.

[作用] 上述の差動増幅器においては、前記負荷トランジスタの
内部抵抗Rの2乗は前記制御電圧発生用トランジスタ手
段に流れる電流■。に反比例する。
[Operation] In the above-mentioned differential amplifier, the square of the internal resistance R of the load transistor is the current (2) flowing through the control voltage generating transistor means. is inversely proportional to.

また、前記差動トランジスタのgIの2乗は該差動トラ
ンジスタに流れる電流INに比例する。従って、差動増
幅器の電圧利得Av =g11.Rの2乗即ちA  は
電流INおよびI。の比で決定さ■ れる、従って、これらの電流INおよびIpの比率を調
整することにより差動増幅器の利得を任意の値に調整す
ることができる。さらに、利得を任意の値に調整できる
結果、差動増幅器の周波数特性も利得を考慮して適切な
ものに調整することができる。
Furthermore, the square of gI of the differential transistor is proportional to the current IN flowing through the differential transistor. Therefore, the voltage gain Av of the differential amplifier = g11. R squared or A is the current IN and I. Therefore, by adjusting the ratio of these currents IN and Ip, the gain of the differential amplifier can be adjusted to an arbitrary value. Furthermore, since the gain can be adjusted to an arbitrary value, the frequency characteristics of the differential amplifier can also be adjusted to an appropriate value in consideration of the gain.

[実施例] 以下、図面により本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の1実施例に係わる利得調整可能な差
動増幅器の回路構成を示す、同図の差動増幅器は、例え
ばNチャネルの一対の差動トランジスタQ およびQ4
Bを有し、これらのトランジス4^ りQ およびQ4Bはソースか互いに接続され、か4^ つ並列接続されたNチャネル電流源トランジスタQ5A
” 5Bを介して電源■ss、同図においてはグランド
、に接続されている。各トランジスタQ4AおよびQ4
Bのドレイン即ちノードBおよびCの間にはPチャネル
の負荷トランジスタQIAおよびQ18が直列接続され
ている。また、各ノードBおよびCはそれぞれPチャネ
ルトランジスタQ3^およびQ を介して電源電圧V。
FIG. 1 shows a circuit configuration of a gain-adjustable differential amplifier according to an embodiment of the present invention.
These transistors 4^ and Q4B have their sources connected to each other, and 4^ parallel connected N-channel current source transistors Q5A.
” 5B to the power supply ■ss (ground in the figure). Each transistor Q4A and Q4
P-channel load transistors QIA and Q18 are connected in series between the drains of B, ie between nodes B and C. Further, each node B and C is connected to the power supply voltage V through P-channel transistors Q3 and Q, respectively.

0に接続されている。Connected to 0.

B 負荷トランジスタQ およびQIBの共通接続点部A ちノードDは各トランジスタQ およびQ3BのゲA −トに接続されている。そして、各差動トランジスタQ
 およびQ4Bのゲートはそれぞれ入力端子A INIおよびIN2に接続されている。また、各トラン
ジスタQ およびQ4Bのドレイン即ちノーA ドBおよびCはそれぞれ差動増幅器の出力端子0UTI
および0UT2に接続されている。また、電流源トラン
ジスタQ5A8よびQ5Bの各ゲートには所定のバイア
ス電圧VBが印加されている。
B. Common connection point A of load transistors Q and QIB, and node D is connected to gate A of each transistor Q and Q3B. And each differential transistor Q
and Q4B's gates are connected to input terminals A INI and IN2, respectively. In addition, the drains of transistors Q and Q4B, that is, nodes A and B and C, respectively, are the output terminals 0UTI of the differential amplifier.
and connected to 0UT2. Further, a predetermined bias voltage VB is applied to each gate of current source transistors Q5A8 and Q5B.

さらに、第1図の差動増幅器においては、互いに接続さ
れた負荷トランジスタQIAおよびQ18のゲート即ち
ノードEと電源V。−に2個の制御電圧発生用トランジ
スタQ2AおよびQ2Bが直列接続されている。またノ
ードEとグランド間には他の電流源トランジスタQ6が
接続されている。なお、各トランジスタQ およびQ2
BはそれぞれゲートA とドレインが接続され、即ちダイオード接続されている
Furthermore, in the differential amplifier of FIG. 1, the gates of load transistors QIA and Q18, ie, node E, and power supply V are connected to each other. - two control voltage generating transistors Q2A and Q2B are connected in series. Further, another current source transistor Q6 is connected between node E and ground. Note that each transistor Q and Q2
B has its gate A connected to its drain, that is, diode connected.

第1図の回路においては、差動対を構成するトランジス
タQ4AおよびQ4Bには電源VDoからそれぞれPチ
ャネルトランジスタQ3AおよびQ3Bを介して電流が
流れ、トランジスタQ4AおよびQ4Bの互いに接続さ
れたソースから電流源トランジスタQ5AおよびQ5B
を介して他の電源v88、この場合はグランド、に電流
が流れる。また、各トランジスタQ およびQ4Bのド
レイン間に接続されてい4^ る負荷トランジスタQ1AおよびQlBのゲートにはト
ランジスタQ およびQ28および電流源トラン2^ ジスタQ6によって生成される制御電圧または基準電圧
が印加され、所望の負荷抵抗を提供している。このよう
な構成により第1図の回路は、入力端子INIおよびI
N2間に印加された入力電圧を所定の利得で増幅して出
力端子0UTIおよび0UT2間に出力する。
In the circuit shown in FIG. 1, current flows from the power supply VDo to transistors Q4A and Q4B forming a differential pair through P channel transistors Q3A and Q3B, respectively, and a current source flows from the mutually connected sources of transistors Q4A and Q4B. Transistors Q5A and Q5B
Current flows through the other power supply v88, in this case ground. Further, a control voltage or a reference voltage generated by transistors Q and Q28 and current source transistor Q6 is applied to the gates of load transistors Q1A and QlB, which are connected between the drains of transistors Q and Q4B. , providing the desired load resistance. With this configuration, the circuit of FIG. 1 has input terminals INI and I
The input voltage applied between N2 is amplified with a predetermined gain and output between output terminals 0UTI and 0UT2.

次に第2図および第3図を参照して第1図の差動増幅器
の利得特性等につき説明する。第2図は、第1図の回路
における負荷トランジスタQ1−たはQIBの抵抗Rが
どのような値になるかを説明するための原理図である。
Next, the gain characteristics of the differential amplifier shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a principle diagram for explaining the value of the resistance R of the load transistor Q1- or QIB in the circuit of FIG. 1.

第2図においては、トランジスタQ は前記負荷トラン
ジスタQ1A、tたはQ に対応しており、チャネル幅
W1およびチャB ネル長L1を有する。また、トランジスタQ2は第1図
の回路における基準電圧発生用トランジスタQ または
Q2Bに対応しており、チャネル幅WA 2およびチャネル長L2を有する。また、電流源ISI
は第1図の回路におけるトランジスタQ6に対応する。
In FIG. 2, transistor Q 1 corresponds to the load transistor Q1A, t or Q 2 and has a channel width W1 and a channel length L1. Further, the transistor Q2 corresponds to the reference voltage generating transistor Q or Q2B in the circuit of FIG. 1, and has a channel width WA2 and a channel length L2. Also, the current source ISI
corresponds to transistor Q6 in the circuit of FIG.

第2図において、トランジスタQ1は直線(リニア)領
域で動作しており、その内部抵抗Rは以下の式で与えら
れる。
In FIG. 2, transistor Q1 operates in a linear region, and its internal resistance R is given by the following equation.

R=(1/(μ C)+(Ll p   O× f 1/ (vGs−Vl)) /W1) この式において、μ はPチャネルトランジスりの移動
度(mobility)、Cはゲート容量、”GSx はゲート・ソース間電圧、そしてVlはしきい値電圧で
ある。
R=(1/(μC)+(LlpO×f1/(vGs-Vl))/W1) In this equation, μ is the mobility of the P-channel transistor, C is the gate capacitance, GSx is the gate-source voltage, and Vl is the threshold voltage.

また、第2図においてトランジスタQ2から電流源IS
1に流れる電流!。は以下の式で与えられる。
In addition, in FIG. 2, the current source IS is connected to the transistor Q2.
Current flowing through 1! . is given by the following formula.

I  =(μ C/2)(W2/L2)D      
p   ox 式(2)を変形すると、 (V6s−■1)2=(L2/W2) (2/(μ c))ID   ・・・(3p    o
x 式(1)と式(3)からR2を求めると、R” =(1
/ (μ C)12(L  7vti  )200X 
       11 (W/L2) (μpCox/2)(1/■D) ・・・(4)=+1
/(2μDCox)) (L  2W  /(L  W  2)1(1/ID)
         ・・・(5)式(5)の右辺を見る
と、それぞれ()で囲まれた3つの項の積となっている
が、最初の項は回路の製造プロセスおよび温度変化の影
響を受ける項であり、2番目の項はこれらの影響を受け
ない一定値であり、3番目の項は鰐整可能な値である。
I = (μ C/2) (W2/L2)D
p ox When formula (2) is transformed, (V6s-■1)2=(L2/W2) (2/(μ c)) ID...(3po
x Calculating R2 from equation (1) and equation (3), R” = (1
/ (μ C) 12 (L 7vti) 200X
11 (W/L2) (μpCox/2) (1/■D) ... (4) = +1
/(2μDCox)) (L 2W /(L W 2)1(1/ID)
... (5) Looking at the right side of equation (5), it is the product of the three terms enclosed in parentheses, but the first term is a term that is affected by the circuit manufacturing process and temperature changes. The second term is a constant value that is not affected by these, and the third term is a value that can be adjusted.

次に第3図を参照すると、前述の第2図におけるトラン
ジスタQ1の内部抵抗Rを負荷抵抗とする−船釣な増幅
器が示されている。この増幅器は抵抗値Rの負荷抵抗と
トランジスタQ。とが直列に電源V。0とグランド間に
接続されて構成されている。この回路の電圧利得A は
次式で表わされる。
Next, referring to FIG. 3, there is shown a similar amplifier in which the internal resistance R of the transistor Q1 in FIG. 2 described above is used as a load resistance. This amplifier consists of a load resistor with a resistance value R and a transistor Q. and the power supply V in series. 0 and ground. The voltage gain A of this circuit is expressed by the following equation.

A  =Vo/V■、=g、 −R−(6)ここで、g
lはトランジスタQ。の相互コンダクタンスであり次の
式で表わされる。
A = Vo/V■, = g, -R- (6) Here, g
l is a transistor Q. It is the mutual conductance of , and is expressed by the following formula.

1/2 g1=(2μNCox(W/L)■o)・・・ (7) ここで■oはトランジスタQ。に流れるドレイン電流で
ある。従って、 が得られる。従って、前述の(5)式、(6)式および
(8)式を用いて利得を求めると次式が得られる。
1/2 g1=(2μNCox(W/L)■o)... (7) Here, ■o is the transistor Q. This is the drain current that flows to . Therefore, we obtain. Therefore, when the gain is determined using the above-mentioned equations (5), (6), and (8), the following equation is obtained.

=g、   、R =2μNC0x(W/L)IN (1/(2μpcoX)) (L  W /(L2W1 (1/I、) ・・・ (9) この式においては、第2図の電流源ISIを流れる電流
■。は■。とじ、第3図のトランジスタQ のドレイン
を流れる電流I、はINとしている0式(9)を簡単に
すると次式が得られる。
=g, ,R =2μNC0x(W/L)IN (1/(2μpcoX)) (L W /(L2W1 (1/I,)... (9) In this equation, the current source ISI in Fig. 2 The current I flowing through the drain of the transistor Q in FIG.

A  2=((W/L)(L  2/w  2)v  
                 1      1
(W2/L2)) (μN/μ、MI、/I。) ・・・ (10) 式(10)の右辺は()で挟まれた3つの項の積で構成
されているが、最初の項は設計的要素によって決定され
温度あるいはプロセスの影響を受けない62番目の項は
移動度の比から構成されており温度およびプロセスの影
響を受けるようにも思えるが、実際にはN型トランジス
タの移動度とP型トランジスタの移動度は温度変化およ
びゲート酸化膜の厚みの変化等に対して同じ傾向で変化
する。従って、この2番目の項もプロセスおよび温度変
化の影響を受けない安定な値となる。従って、利得A、
を決定するものは電流比■N/I。であり、この値は各
トランジスタのglの比即ちサイズおよび形状によって
任意の所望の値に設定することができる。即ち、この電
流比■N/I。を調整することにより利得を所望の値に
設定することができる。
A 2=((W/L)(L 2/w 2)v
1 1
(W2/L2)) (μN/μ, MI, /I.) ... (10) The right side of equation (10) is composed of the product of three terms enclosed in parentheses, but the first The 62nd term is determined by design factors and is not affected by temperature or process.The 62nd term consists of the mobility ratio and seems to be affected by temperature and process, but in reality it is The mobility and the mobility of a P-type transistor change with the same tendency with respect to temperature changes, changes in gate oxide film thickness, and the like. Therefore, this second term also has a stable value that is not affected by process and temperature changes. Therefore, the gain A,
What determines the current ratio ■N/I. This value can be set to any desired value depending on the ratio of gl, that is, the size and shape of each transistor. That is, this current ratio ■N/I. By adjusting , the gain can be set to a desired value.

以上のような考察は第1図の回路にも適用できるもので
あり、第1図の回路におけるトランジスタQ またはQ
4Bが第3図の回路のトランジスタ4^ Q、に対応し、第1図の回路における負荷トランジスタ
Q またはQIBが第2図の回路におけるトA ランジスタQ1に対応し、かつ第1図の回路におけるト
ランジスタQ まなはQ2Aが第2図の回路B におけるトランジスタQ2に対応するものとすれば、第
1図の回路における利得は前述の式(10)で示される
ものとほぼ同様となる。なお、第1図の回路において制
御用トランジスタが2個(Q2゜およびQ2B)直列接
続されているが、これらの内1個はトランジスタQ ま
たはQ3Bによる電圧降A 下付を補正するものである。従って、第1図の差動増幅
器においては、電流比■N/Il)を調整することによ
りあるいはIhを固定としI、を調整することにより利
得を任意の所望の値に設定することができる。電流比重
N/■。はトランジスタQ5A1Q5BとQ6とのgl
lの比、従って各トランジスタのサイズおよび形状比を
調整することによって変化させることができる。
The above considerations can also be applied to the circuit in Figure 1, and the transistor Q or Q in the circuit in Figure 1
4B corresponds to transistor 4^Q in the circuit of FIG. 3, load transistor Q or QIB in the circuit of FIG. 1 corresponds to transistor A, transistor Q1 in the circuit of FIG. If the transistor Q or Q2A corresponds to the transistor Q2 in the circuit B of FIG. 2, the gain in the circuit of FIG. 1 will be approximately the same as that shown by the above equation (10). In the circuit of FIG. 1, two control transistors (Q2° and Q2B) are connected in series, and one of these is for correcting the voltage drop A caused by the transistor Q or Q3B. Therefore, in the differential amplifier shown in FIG. 1, the gain can be set to any desired value by adjusting the current ratio (N/Il) or by fixing Ih and adjusting I. Current specific gravity N/■. is the gl of transistors Q5A1Q5B and Q6
This can be varied by adjusting the ratio of l and thus the size and shape ratio of each transistor.

第4図は、本発明の他の実施例に係わる差動増幅器の回
路構成を示す、第4図の差動増幅器は、第1図の差動増
幅器における電流源トランジスタQ に代えて複数のト
ランジスタQ61.Q62.・・・Q6N等を用いたも
のである。トランジスタQ61゜Q 、・・・、Q6−
ソースは共に接地され、ゲートは共にバイアス電源Ve
に接続されている。トランジスタQ61のドレインはノ
ードEに接続され、他のトランジスタQ 、・・・、Q
6Nのトレインはそれぞれメタルマスク等を用いる断続
部S2.・・・SNを介してノードEに接続されている
FIG. 4 shows a circuit configuration of a differential amplifier according to another embodiment of the present invention. Q61. Q62. ...Q6N etc. are used. Transistor Q61゜Q ,...,Q6-
The sources are both grounded, and the gates are both connected to the bias power supply Ve.
It is connected to the. The drain of transistor Q61 is connected to node E, and the other transistors Q,...,Q
6N trains each have an interrupting section S2. using a metal mask or the like. ...Connected to node E via SN.

第4図の回路においては、断続部S1.・・・、SNの
うち所望のものを導通状態とし、他のものを遮断状態と
することによりノードEとグランド間にトランジスタQ
61. Q62.・・・、Q6Nのうち必要なもののみ
を接続することができる。これにより、制御電圧を発生
するためのトランジスタQ2AおよびQ の直列回路に
流れる電流■、を所望の値にB 調整し差動増幅器の利得を所望の値に設定することがで
きる。尚、断続部Sl、・・・、SNは例えば半導体基
板上に互いに対向する電極を設けておきこれらの電極の
間をメタルマスクによって必要に応じて接続するように
してもよく、あるいは各断続部Sl、・・・、SNは予
め導通状態のパターンとしておき、このパターンを必要
に応じてエツチング除去することもできる。また、第4
図の回路においては、各トランジスタQ62.・・・”
6Nのドレイン側をノードEに対し断続するようにして
いるが、ドレイン側は常にノードEに接続しておき、各
トランジスタQ62.・・・、Q6Nのソース側を断続
するようにすることもできる。さらに、電流IOの値を
他の回路によって制御することにより差動増幅器の利得
を制御可能あるいは可変とし、AGC回路等を構成する
こともできる。
In the circuit of FIG. 4, the interrupting section S1. ..., transistor Q is connected between node E and ground by making a desired one of SN conductive and cutting off the others.
61. Q62. ..., it is possible to connect only the necessary ones among Q6N. Thereby, the current B flowing through the series circuit of transistors Q2A and Q2 for generating the control voltage can be adjusted to a desired value, and the gain of the differential amplifier can be set to a desired value. Note that the intermittent parts Sl, ..., SN may be formed by, for example, providing electrodes facing each other on the semiconductor substrate and connecting these electrodes with a metal mask as necessary, or each intermittent part may be It is also possible to set Sl, . Also, the fourth
In the circuit shown, each transistor Q62. ...”
The drain side of each transistor Q62.6N is connected to node E intermittently, but the drain side is always connected to node E. ..., the source side of Q6N can also be made intermittent. Furthermore, by controlling the value of the current IO with another circuit, the gain of the differential amplifier can be controlled or made variable, and an AGC circuit or the like can be constructed.

第1図および第4図に示した差動増幅器においては、ト
ランジスタQ およびQ3Bによる付加的A な電流経路が設けられており、差動トランジスタQ お
よびQ4Bのドレイン電流をノードBおよび4^ Cの直流電圧を変えることなく供給できるから、非常に
良好な同相抑圧比(conueon mode rej
ectionratio)が実現される。また、ノード
D即ちトランジスタQ3AおよびQ3Bのゲートの電圧
はPチャネル負荷トランジスタQ およびQ18による
分割A のためノードBおよびCの電圧の平均値となり、差動増
幅器の入力電圧IN1.IN2が変わっても同じrm係
になる。
In the differential amplifiers shown in FIGS. 1 and 4, an additional current path is provided by transistors Q and Q3B, and the drain currents of differential transistors Q and Q4B are connected to nodes B and 4C. Since the DC voltage can be supplied without changing, it has a very good common mode suppression ratio.
ctionratio) is realized. Also, the voltage at node D, that is, the gates of transistors Q3A and Q3B, is the average value of the voltages at nodes B and C because of the division A by P-channel load transistors Q and Q18, and the input voltage IN1. Even if IN2 changes, it will be the same rm person.

また、差動トランジスタQ およびQ4Bの負荷4^ 回路か完全な平衡型回路となっているため負荷トランジ
スタQIAおよびQlBが直線領域で動作することか保
証されかつこれらの負荷トランジスタQ1AおよびQI
Bに直流電流が流れないこととなる。
In addition, since the load circuit of differential transistors Q and Q4B is a completely balanced circuit, it is guaranteed that load transistors QIA and QlB operate in the linear region, and these load transistors Q1A and QI
No direct current will flow through B.

また完全な平衡型回路であるため、極めて低い歪みおよ
び低オフセツト電圧を達成することかできる。
Also, because it is a fully balanced circuit, extremely low distortion and low offset voltage can be achieved.

また、前述の式(10)からも明らがなように、本発明
に係わる差動増幅器はPチャネルトランジスタQ2A、
Q28に流れる電流1pを変えることにより調整可能で
あり、このような電流I を変えてもNチャネル入力段
の動作条件には全く影響を与えない。
Furthermore, as is clear from the above equation (10), the differential amplifier according to the present invention includes a P-channel transistor Q2A,
It can be adjusted by changing the current 1p flowing through Q28, and changing the current I2 has no effect on the operating conditions of the N-channel input stage.

また、式(10)の右辺の各因数が同一種類のパラメー
タの比によって構成されているなめ、すなわち例えばP
チャネルおよびNチャネルの移動度の比(ttH/μO
) 、PチャネルおよびNチャネルのトランジスタの電
流比(IN/I、)、等によって構成されており、利得
がプロセスあるいは温度変化による影響を受けず極めて
安定となる。
In addition, each factor on the right side of equation (10) is composed of a ratio of parameters of the same type, that is, for example, P
Ratio of channel and N channel mobilities (ttH/μO
), the current ratio of P-channel and N-channel transistors (IN/I, ), etc., and the gain is extremely stable without being affected by process or temperature changes.

また、各部の電流を飽和領域で制御する方法を用いてい
るため例えば電源電圧等で利得が変動することがない。
Furthermore, since a method is used to control the current in each part in the saturation region, the gain does not fluctuate due to, for example, the power supply voltage.

さらに、上述のようにして利得を調整できる結果、利得
と周波数帯域とを考慮して用途に応じた最適の特性を得
ることができる。
Furthermore, as a result of being able to adjust the gain as described above, it is possible to obtain optimal characteristics depending on the application, taking into account the gain and the frequency band.

第1表は、第1図の差動増幅器において各パラメータを
変化させた場合における利得Gvおよび周波数帯域B−
がどのように変化するかを示すシュミレーション結果で
ある。
Table 1 shows the gain Gv and frequency band B− when each parameter is changed in the differential amplifier shown in FIG.
These are simulation results showing how the

工程 TYP TYP C8 C3 OW Otl OL OL 1lC8 C3 綽C5 C8 賛C8 C8 11C3 温度 Vdd (V 5.0 5.0 5.5 5.5 5.0 5.0 5.0 5.0 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 第1表 Vcon  Vd1f (V     nV 4.0  4.0 2.0  4.0 2.0  4.0 4.0  4.0 2.0  4.0 4.0  4.0 2.0  4.0 4.0  4.0 4.0  4.0 2.0  4.0 4.0  0.01 4.0  0.1 4.0  1.0 4.0  10.0 4.0 100.0 8w(HN3) 22.5 22.5 31.6 31.6 18.0 19.95 19.95 19.95 12.59 15.85 12.59 12.59 12.59 12.59 22.50 Gv(db) 12.0 10.9 10.3 11.7 12.5 13.5 9.98 9.15 12.2 11.4 12.2 12.2 12.2 12.2 4.93 この表において、工程の欄における各記号はPチャネル
トランジスタおよびNチャネルトランジスタの移動度が
次のような状態であることを示す。
Process TYP TYP C8 C3 OW Otl OL OL 1lC8 C3 C5 C8 Support C8 C8 11C3 Temperature Vdd (V 5.0 5.0 5.5 5.5 5.0 5.0 5.0 5.0 4.5 4 .5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 Table 1 Vcon Vd1f (V nV 4.0 4.0 2.0 4.0 2.0 4.0 4.0 4.0 2 .0 4.0 4.0 4.0 2.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 2.0 4.0 4.0 0.01 4.0 0.1 4.0 1.0 4.0 10.0 4.0 100.0 8w (HN3) 22.5 22.5 31.6 31.6 18.0 19.95 19.95 19.95 12.59 15.85 12 .59 12.59 12.59 12.59 22.50 Gv (db) 12.0 10.9 10.3 11.7 12.5 13.5 9.98 9.15 12.2 11.4 12. 2 12.2 12.2 12.2 4.93 In this table, each symbol in the process column indicates that the mobility of the P-channel transistor and the N-channel transistor is in the following state.

Pチャネル  Nチャネル TYP   tyElical    typlcal
BC3maximuIlmaxvui VORminimum    maximuIIVOL
   l1aXIlull    1lInllulW
C8i+rmwull    minimuII即ち、
記号TYPはPチャネルトランジスタおよびNチャネル
トランジスタの移動度が共に典型的な値(typica
l)である場合で、記号BC3はPチャネルトランジス
タおよびNチャネルトランジスタの移動度が共に最大値
の場合、記号VOHはPチャネルトランジスタの移動度
が最小でありかつNチャネルトランジスタの移動度が最
大である場合であり、以下同様である。また、第1表に
おいて、Vdd (V)は電源電圧を、Vcom(V)
は同相入力電圧を、Vd i f (mV)は差動入力
電圧をそれぞれ示す。
P channel N channel TYP tyElical typlcal
BC3maximuIlmaxvui VORminimum maximumIIVOL
l1aXIlull 1lInllulW
C8i+rmwull minimuII, that is,
The symbol TYP indicates that the mobilities of P-channel transistors and N-channel transistors are both typical values (typical values).
l), the symbol BC3 indicates that the mobility of the P-channel transistor and the N-channel transistor are both maximum, and the symbol VOH indicates that the mobility of the P-channel transistor is the minimum and the mobility of the N-channel transistor is the maximum. In some cases, the same applies below. In addition, in Table 1, Vdd (V) is the power supply voltage, and Vcom (V)
represents the common-mode input voltage, and Vd i f (mV) represents the differential input voltage.

第1表から明らかなように、本発明に係わる差動増幅器
は、移動度の変化、温度変化、電源電圧の変化等に対し
てその利得の変化幅が極めて少なく安定であることが分
かる。尚、第1表の最下行における条件では差動入力電
圧Vd1fが大きいため差動増幅器が飽和した状態とな
り、利得G。
As is clear from Table 1, it can be seen that the differential amplifier according to the present invention is stable with very little change in gain with respect to changes in mobility, temperature, power supply voltage, etc. Note that under the conditions in the bottom row of Table 1, the differential input voltage Vd1f is large, so the differential amplifier becomes saturated, and the gain G.

が外見上手さな値となっている。It is a good value for appearance.

〔発明の効果3 以上のように、本発明によれば、簡単な回路構成により
利得を所望の値に調整でき、最適の利得および周波数帯
域を得ることか可能となる。また、利得の値がプロセス
のばらつき、温度変化、電源電圧の変化等に対して影響
を受けることが少なく極めて安定な差動増幅器を実現で
きる。また、完全なバランス型回路構成により同相抑圧
比が大きく、信号歪みが少なくかつオフセット電圧が低
くなる等極めて高性能の回路が実現される。
[Effect 3 of the Invention As described above, according to the present invention, the gain can be adjusted to a desired value with a simple circuit configuration, and the optimum gain and frequency band can be obtained. Further, it is possible to realize an extremely stable differential amplifier in which the gain value is less affected by process variations, temperature changes, power supply voltage changes, etc. Furthermore, the completely balanced circuit configuration provides a high common mode suppression ratio, low signal distortion, and low offset voltage, making it possible to realize an extremely high-performance circuit.

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

第1図は、本発明の1実施例に係わる差動増幅器の回路
構成を示す電気回路図、 第2図および第3図は、それぞれ本発明に係わる差動増
幅器の動作特性を考察するための説明的電気回路図、そ
して 第4図は、本発明の他の実施例に係わる差動増幅器の回
路構成を示す電気回路図である。 QIA”1B’負荷トランジスタ、 Q2A” 2B’制御電圧発生用トランジスタ、Q3A
” 3B’電流源トランジスタ、Q4A、Q48:差動
トランジスタ、 Q5^・Q5B°Q6゛Q61°Q62’ ”’−Q6
N’電流源トランジスタ。 特許出願人 日本モトローラ株式会社 代 理 人 弁理士 池 内 義 明 第1 図 第2図 第8図
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing the circuit configuration of a differential amplifier according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are diagrams for considering the operating characteristics of the differential amplifier according to the present invention, respectively. Explanatory Electrical Circuit Diagram FIG. 4 is an electrical circuit diagram showing the circuit configuration of a differential amplifier according to another embodiment of the present invention. QIA"1B" load transistor, Q2A"2B' control voltage generation transistor, Q3A
"3B' Current source transistor, Q4A, Q48: Differential transistor, Q5^・Q5B°Q6゛Q61°Q62'"'-Q6
N' current source transistor. Patent applicant Motorola Japan Co., Ltd. Representative Patent attorney Yoshiaki Ikeuchi Figure 1 Figure 2 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ソースが互いに差動的に接続された第1の導電型の
第1および第2の差動トランジスタ、前記第1および第
2のトランジスタのドレイン間に直列的に接続されリニ
ア領域で動作する第2の導電型の第1および第2の負荷
トランジスタ、および前記第1および第2の負荷トラン
ジスタのゲートにその飽和内部電圧降下分にもとづき生
成した制御電圧を供給する第2の導電型の制御電圧発生
用トランジスタ手段、を具備することを特徴とする利得
調整可能な差動増幅器。 2、さらに、前記第1および第2の差動トランジスタの
各ドレインと第1の電源供給導体との間にドレイン・ソ
ース間回路がそれぞれ接続された第1および第2の電流
源トランジスタを備え、該第1および第2の電流源トラ
ンジスタのゲートは共に前記第1および第2の負荷トラ
ンジスタの共通接続点に接続され、 前記制御電圧発生用トランジスタ手段は第2の導電型の
2個のトランジスタの直列回路を備え、該直列回路の一
端は前記第1の電源供給導体に接続され、他端は第3の
電流源トランジスタ手段を介して第2の電源供給導体に
接続されるとともに前記第1および第2の負荷トランジ
スタのゲートに接続されている、 請求項1に記載の利得調整可能な差動増幅器。 3、前記第3の電流源トランジスタ手段は複数のトラン
ジスタを備え、これら複数のトランジスタの各ゲートは
共通のバイアス電源に接続され、各ソースは共に前記第
2の電源供給導体に接続され、各ドレインは選択的に前
記直列回路の他端に接続または該他端から切離し可能で
ある請求項2に記載の利得調整可能な差動増幅器。
[Claims] 1. First and second differential transistors of a first conductivity type whose sources are differentially connected to each other, and connected in series between the drains of the first and second transistors. first and second load transistors of a second conductivity type that operate in a linear region, and a control voltage that is generated based on the saturated internal voltage drop to the gates of the first and second load transistors. 1. A gain-adjustable differential amplifier comprising: transistor means for generating a control voltage of two conductivity types. 2, further comprising first and second current source transistors each having a drain-source circuit connected between each drain of the first and second differential transistors and a first power supply conductor; The gates of the first and second current source transistors are both connected to a common connection point of the first and second load transistors, and the control voltage generating transistor means is configured to connect two transistors of a second conductivity type. a series circuit, one end of the series circuit being connected to the first power supply conductor and the other end being connected to the second power supply conductor via third current source transistor means and The adjustable gain differential amplifier of claim 1, connected to the gate of the second load transistor. 3. Said third current source transistor means comprises a plurality of transistors, each gate of said plurality of transistors is connected to a common bias power supply, each source is connected together to said second power supply conductor, and each drain of said plurality of transistors is connected to a common bias power supply. 3. The gain adjustable differential amplifier according to claim 2, wherein is selectively connectable to or disconnected from the other end of the series circuit.
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