JPH0476246B2 - - Google Patents

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JPH0476246B2
JPH0476246B2 JP59228612A JP22861284A JPH0476246B2 JP H0476246 B2 JPH0476246 B2 JP H0476246B2 JP 59228612 A JP59228612 A JP 59228612A JP 22861284 A JP22861284 A JP 22861284A JP H0476246 B2 JPH0476246 B2 JP H0476246B2
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terminal
output
power supply
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differential pair
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Japanese (ja)
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Inventor
Kyuichi Haruyama
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は差動増幅回路、特にモノリシツク集積
回路で実現するに適した差動増幅回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a differential amplifier circuit, and in particular to a differential amplifier circuit suitable for implementation in a monolithic integrated circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来からバイポーラあるいはMOS集積回路で
実現するのに適した多くの差動増幅回路が公知と
なつている。
Many differential amplifier circuits suitable for implementation in bipolar or MOS integrated circuits have been known for some time.

第5図A,Bはこの種の差動増幅回路の従来例
の回路図で、それぞれNチヤネルFET入力型、
PチヤンネルFET入力型を示している。
Figures 5A and 5B are circuit diagrams of conventional examples of this type of differential amplifier circuit, respectively.
It shows a P-channel FET input type.

NチヤンネルFET入力型差動増幅回路(同図
A)は、電源端子41,42入力端子51,5
2、出力端子55、差動対を構成するNチヤンネ
ルFET61および62、差動増幅段を構成する
PチヤンネルFET63および64(能動負荷)
とNチヤンネル定電流源トランジスタ65,駆動
段を構成するPチヤンネル駆動トランジスタ66
とNチヤンネル電流トランジスタ67と周波数補
償用容量70,バイアス回路を構成する電流源4
5およびNチヤンネルトランジスタ68からな
る。PチヤンネルFET入力型差動増幅器は(同
図B)は、以上のNチヤンネルFET入力型差動
増幅回路のトランジスタの極性を逆にしたもので
機能は同じである。
The N-channel FET input type differential amplifier circuit (A in the same figure) has power supply terminals 41, 42 and input terminals 51, 5.
2. Output terminal 55, N-channel FETs 61 and 62 forming a differential pair, P-channel FETs 63 and 64 forming a differential amplification stage (active load)
, an N-channel constant current source transistor 65, and a P-channel drive transistor 66 constituting a drive stage.
, an N-channel current transistor 67, a frequency compensation capacitor 70, and a current source 4 constituting a bias circuit.
5 and N channel transistor 68. The P-channel FET input type differential amplifier (FIG. 1B) has the same function as the N-channel FET input type differential amplifier circuit described above, except that the transistors have the opposite polarities.

Nチヤンネル入力型Aでは入力端子51,52
からの同相入力電圧が負側電源端子41の電源電
圧へ接近すると、差動対(NチヤンネルFETト
ランジスタ61および62)および電流源トラン
ジスタ65が定電流値で正常動作できなくなる。
このため、同相入力電圧は負側電源端子41の電
源電圧に対して、電流源トランジスタ65のVD
sat(ドレイン・ソース間飽和電圧)と差動対(N
チヤンネルFETトランジスタ61および62)
のVGS(ゲート・ソース間電圧)の和の電圧(概
略1.5〜2.0(V)である)以上の電位差が必要と
なる。Pチヤンネル入力型でも、同様に、同相入
力電圧は正側電源端子42の電源電圧に対して前
述の約1.5〜2.0(V)以上の電位差が必要となる。
Input terminals 51 and 52 for N-channel input type A
When the common mode input voltage from the negative side power supply terminal 41 approaches the power supply voltage, the differential pair (N-channel FET transistors 61 and 62) and the current source transistor 65 cannot operate normally at a constant current value.
Therefore, the common mode input voltage is V D of the current source transistor 65 with respect to the power supply voltage of the negative side power supply terminal 41.
sat (drain-source saturation voltage) and differential pair (N
channel FET transistors 61 and 62)
A potential difference greater than or equal to the sum of V GS (gate-source voltage) (approximately 1.5 to 2.0 (V)) is required. Even in the case of the P-channel input type, similarly, the common-mode input voltage requires a potential difference of about 1.5 to 2.0 (V) or more as described above with respect to the power supply voltage of the positive power supply terminal 42.

このように従来の差動増幅回路には同相入力電
圧の範囲に制約があり、応用範囲が限定されるこ
とがあつた。
As described above, conventional differential amplifier circuits have limitations on the common-mode input voltage range, which has limited the range of applications.

第6図は上述の差動増幅回路を使用したA/D
変換器の例(米国ナシヨナルセミコンダクク社の
ジエラルド・ビー・ブールマ氏により発明され、
1982年4月6日にUSP4323887として登録された
米国特許に開示されている)を示す回路図であ
る。このA/D変換器は、電源電圧と等しい電圧
範囲のアナログ入力信号をデイジタル値に変換す
るものでその入力回路に前述のNチヤンネル入力
型およびPチヤンネル入力型差動増幅回路が使用
されている。
Figure 6 shows an A/D using the above-mentioned differential amplifier circuit.
An example of a converter (invented by Mr. Gerald B. Boerma of National Semiconductor, USA,
FIG. 2 is a circuit diagram of the circuit disclosed in US Patent No. 4,323,887 filed on April 6, 1982. This A/D converter converts an analog input signal in a voltage range equal to the power supply voltage into a digital value, and its input circuit uses the aforementioned N-channel input type and P-channel input type differential amplifier circuits. .

基準電圧端子12の基準電圧VREFは他端が接地
されたD/A変換器14によりD/A変換され
る。このD/A変換器14の出力はクロツク端子
22からの制御クロツク29によりオンするスイ
ツチ16を経てPチヤンネル入力型差動増幅回路
23に入力され、差動増幅される。アナログ入力
端子10から入力したアナログ信号は反転器18
によつて反転された制御クロツク29によりオン
するスイツチ17を経てD/A変換器14の出力
とは交互にNチヤンネル入力型差動増幅回路24
に入力され、差動増幅される。スイツチ19,反
転増幅器20,容量21はサンプルデータ比較器
を構成している。Pチヤンネル入力型差動増幅回
路23またはNチヤンネル入力型差動増幅回路の
サンプルデータ比較器への出力は、それぞれスイ
ツチ26,反転器28とスイツチ27を制御する
MSB信号によつて選択される。なお、MSB比較
時には両差動増幅回路23,24共動作範囲にあ
るためいずれの出力をも使用することが可能であ
る。アナログ入力信号の電圧入力が1/2VREFより
大きい場合は、MSB判定後の2番目のMSBから
LSBまでのA/D変換の比較動作期間中にはN
チヤンネル入力型差動増幅回路24の出力がスイ
ツチ28を介してサンプルデータ比較器へ供給さ
れ、1/2VREFより小さい場合は、MSB判定後の下
位ビツトの比較時にはPチヤンネル入力型差動増
幅回路23の出力がスイツチ26を介してサンプ
ルデータ比較器へ供給される。サンプルデータ比
較器の出力は逐次比較レジスタ13に導かれる。
基準電圧VREFは逐次比較レジスタ13に各桁のウ
エイトに相当する電圧を供給し、D/A変換回路
14の出力とアナログ入力端子10からの被変換
アナログ電圧を比較器で比較することにより逐次
レジスタ13内のスイツチをMSBからLSBまで
順次繰返し、スイツチのオン/オフの配列により
変換されたデジタル数を得る。
The reference voltage V REF at the reference voltage terminal 12 is D/A converted by a D/A converter 14 whose other end is grounded. The output of this D/A converter 14 is input to a P channel input type differential amplifier circuit 23 via a switch 16 which is turned on by a control clock 29 from a clock terminal 22, and is differentially amplified. The analog signal input from the analog input terminal 10 is sent to the inverter 18.
The output of the D/A converter 14 is alternately connected to the N-channel input type differential amplifier circuit 24 via the switch 17 which is turned on by the control clock 29 inverted by
and is differentially amplified. The switch 19, the inverting amplifier 20, and the capacitor 21 constitute a sample data comparator. The output of the P-channel input type differential amplifier circuit 23 or the N-channel input type differential amplifier circuit to the sample data comparator controls the switch 26, the inverter 28, and the switch 27, respectively.
Selected by MSB signal. Note that during MSB comparison, since both differential amplifier circuits 23 and 24 are in the operating range, either output can be used. If the voltage input of the analog input signal is greater than 1/2V REF , from the second MSB after MSB judgment
During the comparison operation period of A/D conversion up to LSB, N
The output of the channel input type differential amplifier circuit 24 is supplied to the sample data comparator via the switch 28, and if it is smaller than 1/2V REF , the P channel input type differential amplifier circuit is used when comparing the lower bits after MSB determination. The output of 23 is provided via switch 26 to a sample data comparator. The output of the sample data comparator is led to a successive approximation register 13.
The reference voltage V REF is successively determined by supplying a voltage corresponding to the weight of each digit to the successive approximation register 13 and comparing the output of the D/A conversion circuit 14 and the analog voltage to be converted from the analog input terminal 10 with a comparator. The switches in the register 13 are sequentially repeated from MSB to LSB, and a converted digital number is obtained by the on/off arrangement of the switches.

このように、従来のD/A変換器においては、
差動増幅回路の入力電圧の範囲の制約からPチヤ
ンネル入力型、Nチヤンネル入力型と2種類の増
幅回路を切換えて使用しており、このため制御ス
イツチ等を含め余分の回路が必要となつていた。
さらに、MSB比較後の増幅回路の切換えが必要
な入力電圧に対しては、前述のサンプルデータ比
較器の容量21は正確なアナログ入力情報を初期
にサンプリングしておらず2番目のMSB以下の
比較動作時にも毎回サンプリング動作を経過する
必要があり。A/D変換の初期の一時点のアナロ
グ入力に対して入力値が変化する場合には正確な
変動動作をすることができないという問題点を有
していた。
In this way, in the conventional D/A converter,
Due to constraints on the input voltage range of the differential amplifier circuit, two types of amplifier circuits are used, one being a P-channel input type and the other being an N-channel input type, which requires extra circuits including control switches, etc. Ta.
Furthermore, for input voltages that require switching of the amplifier circuit after the MSB comparison, the capacitor 21 of the sample data comparator described above does not initially sample accurate analog input information, and the comparison below the second MSB It is also necessary to go through a sampling operation every time it operates. There is a problem in that accurate fluctuating operation cannot be performed when the input value changes with respect to the analog input at one point in time at the beginning of A/D conversion.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

以上説明したように従来の差動増幅回路におい
ては、所望の差動利得の得られる同相入力電圧の
範囲は電源電圧より狭くなるという制約があつ
た。また、この変動増幅器を利用した従来のD/
A変換器等においては、入力信号レベルを判断す
る回路手段と、第1及び第2の差動増幅回路を切
換える手段を必要とし、連続的に印加される入力
信号の連続的な増幅及び任意の時刻における瞬時
の入力信号の増幅等に支障をきたすという欠点を
有していた。
As explained above, in the conventional differential amplifier circuit, there is a restriction that the range of the common mode input voltage in which a desired differential gain can be obtained is narrower than the power supply voltage. Furthermore, the conventional D/
A converters etc. require circuit means for determining the input signal level and means for switching between the first and second differential amplifier circuits, and are capable of continuous amplification of continuously applied input signals and arbitrary This has the disadvantage that it interferes with the amplification of instantaneous input signals at certain times.

本発明の目的は、電源電圧範囲までの同相入力
範囲に対して所望の利得を有し、連続信号に対し
連続的に増幅する機能を有する差動増幅回路を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit that has a desired gain for a common-mode input range up to a power supply voltage range and has a function of continuously amplifying continuous signals.

本発明の他の目的は、同相入力範囲が広く
FET又はバイポーラモノリシツク集積回路で実
現するに適した差動増幅回路を提供することにあ
る。
Another object of the invention is to provide a wide common mode input range.
The object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit suitable for implementation with FET or bipolar monolithic integrated circuits.

本発明の他の目的は、電源電圧と等しい電圧範
囲のアナログ入力信号をデイジタル値に変換する
A/D変換器の入力回路に使用するに適した差動
増幅回路を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit suitable for use in an input circuit of an A/D converter that converts an analog input signal in a voltage range equal to the power supply voltage into a digital value.

さらに本発明の他の目的は、電源電圧範囲を越
える同相入力電圧範囲に対して所望の利得を有
し、連続信号に対し連続的に増減機能を有する差
動増幅回路を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit which has a desired gain for a common mode input voltage range exceeding a power supply voltage range and has a continuous increase/decrease function for continuous signals.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の差動増幅回路は第1、第2の電源端子
と、第1、第2の入力端子と、第1、第2の出力
端子と、前記第1、第2の電源端子に一端がそれ
ぞれ接続された第1、第2の定電流源と、前記第
2の電源端子と前記第1、第2の出力端子に接続
された第1の負荷回路と、前記第1、第2の入力
端子と前記第1の負荷回路に接続された前記第
1、第2の出力端子に接続され、前記第1の定電
流源によつてバイアスされた第1の差動対と、前
記第1、第2の入力端子に接続され、2つの出力
端子を有し、前記第2の定電流源によつてバイア
スされた第2の差動対と、前記第2の出力端子と
前記第2の差動対の一方の出力端子と前記第1の
電源端子に接続して、前記第2の差動対の一方の
出力電流を前記第1の差動対の一方の出力電流に
加算するようにした第1の電流ミラー回路と、前
記第1の出力端子と前記第2の差動対の他方の出
力端子と前記第1の電源端子に接続して、前記第
2の差動対の他方の出力電流を前記第1の差動対
の他方の出力電流に加算するようにした第2の電
流ミラー回路と、前記第1の差動対に接続された
前記第1または第2の出力端子をゲートまたはベ
ースに接続し、ソースまたはエミツタを第2の電
源に接続し、ドレインまたはコレクタを第2の負
荷回路に接続したトランジスタとを有して、前記
トランジスタのドレインまたはコレクタより出力
を得るように構成されている。
The differential amplifier circuit of the present invention has first and second power supply terminals, first and second input terminals, first and second output terminals, and one end is connected to the first and second power supply terminals. first and second constant current sources connected to each other; a first load circuit connected to the second power supply terminal and the first and second output terminals; and the first and second inputs. a first differential pair connected to the first and second output terminals connected to the terminal and the first load circuit, and biased by the first constant current source; a second differential pair connected to a second input terminal, having two output terminals, and biased by the second constant current source; One output terminal of the dynamic pair is connected to the first power supply terminal, so that one output current of the second differential pair is added to one output current of the first differential pair. a first current mirror circuit connected to the first output terminal, the other output terminal of the second differential pair, and the first power supply terminal, the other output terminal of the second differential pair; a second current mirror circuit configured to add a current to the other output current of the first differential pair; and a gate gate of the first or second output terminal connected to the first differential pair. or a transistor connected to the base, the source or emitter connected to the second power supply, and the drain or collector connected to the second load circuit, and configured to obtain an output from the drain or collector of the transistor. has been done.

第1の差動対は第1の電源電圧と第2の電源電
圧の間の1/2の近傍のレベルから第2の電源電圧
と等しいレベルまでの入力電圧に対し利得段とし
て動作し、第2の差動対は第1の電源電圧と第2
の電源電圧の間の1/2の近傍のレベルから第1の
電源電圧と等しいレベルまで入力変圧に対し利得
段として動作するので、1/2の近傍のレベルの入
力電圧に対しては両利得段の利得の和(約46dB)
がこの差動増幅回路の利得となり、その他の電圧
範囲に対しては一方の利得段の利得(約40dB)
がこの差動増幅回路の利得となり、この差動増幅
回路では結果的に第1の電源電圧から第2の電源
電圧の全範囲にわたつて所望の利得が得られる。
The first differential pair operates as a gain stage for input voltages from a level near 1/2 between the first power supply voltage and the second power supply voltage to a level equal to the second power supply voltage. 2 differential pairs have a first power supply voltage and a second
It operates as a gain stage for the input transformer from a level near 1/2 between the power supply voltages to a level equal to the first power supply voltage. Sum of stage gains (approx. 46dB)
is the gain of this differential amplifier circuit, and for other voltage ranges, the gain of one gain stage (approximately 40 dB)
is the gain of this differential amplifier circuit, and as a result, in this differential amplifier circuit, a desired gain can be obtained over the entire range from the first power supply voltage to the second power supply voltage.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明による差動増幅回路の一実施例
のブロツク図である。本実施例の差動増幅回路1
00は、第1の電源端子41と、第2の電源端子
42と、第1の入力端子51と、第2の入力端子
52と、第1の出力端子53と、第2の出力端子
54と第1の電源端子41に一端が接続された第
1の定電流源105と第2の電源端子42に一端
が接続された第2の定電源106と第2の電源端
子42と第1の出力端子53と第2の出力端子に
接続された負荷回路107と第1の入力端子51
と第2の入力端子52と第1の出力端子53と第
2の出力端子54にそれぞれ接続され、第1の定
電流源105によつてバイアスされた、導電型3
端子増幅素子対により構成された第1の差動対1
01と第1の入力端子51と第2の入力端子52
に接続され、第2の定電流源106によつてバイ
アスされた導電型3端子増幅素子対により構成さ
れ出力端子を2個有する第2の差動増幅対102
と第1の電源端子41と第2の出力端子54と第
2の差動対102の一方の出力端子に接続された
第1の電源ミラー回路103と第1の電源端子4
1と第1の出力端子53と第2の差動対102の
他方の出力端子に接続された第2の電流ミラー回
路104からなる。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a differential amplifier circuit according to the present invention. Differential amplifier circuit 1 of this embodiment
00 is the first power terminal 41, the second power terminal 42, the first input terminal 51, the second input terminal 52, the first output terminal 53, and the second output terminal 54. The first constant current source 105 has one end connected to the first power terminal 41, the second constant current source 106 has one end connected to the second power terminal 42, the second power terminal 42, and the first output. A load circuit 107 connected to the terminal 53 and the second output terminal and the first input terminal 51
conductivity type 3, which is connected to the second input terminal 52, the first output terminal 53, and the second output terminal 54, respectively, and biased by the first constant current source 105.
A first differential pair 1 constituted by a terminal amplification element pair
01, the first input terminal 51 and the second input terminal 52
A second differential amplifier pair 102 is configured of a conductivity type 3-terminal amplifier pair connected to and biased by a second constant current source 106 and has two output terminals.
, the first power supply terminal 41 , the second output terminal 54 , the first power supply mirror circuit 103 connected to one output terminal of the second differential pair 102 , and the first power supply terminal 4 .
1, a first output terminal 53, and a second current mirror circuit 104 connected to the other output terminal of the second differential pair 102.

第2図は第1図の実施例の差動増幅回路100
をCMOSモノシリツク集積回路で構成し、これ
にバイアス・出力回路90を接続して演算増幅器
150としたものである。
FIG. 2 shows a differential amplifier circuit 100 of the embodiment shown in FIG.
is constructed from a CMOS monolithic integrated circuit, and a bias/output circuit 90 is connected to this to form an operational amplifier 150.

第1の定電流源105はソースが第1の電源端
子41に、ゲートが第1のバイアス端子56にそ
れぞれ接続されたNチヤンネルFET65からな
る。第2の定電流源106はソースが第2の電源
端子42に、ゲートが第2のバイアス端子57に
それぞれ接続されたPチヤンネルFET87から
なる。負荷回路107は、ソースが第2の電源端
子42に、ドレインが第1の出力端子53にそれ
ぞれ接続され、ゲートとドレインが接続されたP
チヤンネルFET63と、ソースが第2の電源端
子42,ドレインが第2の出力端子54,ゲート
がPチヤンネルFET63のゲートにそれぞれ接
続されたPチヤンネルFET64からなる。第1
の差動対101は、ドレインが第1の出力端子5
3に、ゲートが第1の入力端子51に、ソースが
第1の定電流源105のNチヤンネルFET65
のドレインにそれぞれ接続されたNチヤンネル
FET61と、ドレインが第2の出力端子54に、
ゲートが第2の入力端子52に、ソースが第1の
定電流源105のNチヤンネルFET65のドレ
インにそれぞれ接続されたNチヤンネルFET6
5からなる。第2の差動対102は、ドレインが
第2の定電流源106のPチヤンネルFET87
のドレインに、ゲートが第1の入力端子51にそ
れぞれ接続されたPチヤンネルFET81と、ド
レインが第2の定電流源106のPチヤンネル
FET87のドレインに、ゲートか第2の入力端
子52にそれぞれ接続されたPチヤンネルFET
82からなる。第1の電流ミラー回路103は、
ドレインが第2の出力端子54に、ソースが第1
の電源端子41にそれぞれ接続されたNチヤンネ
ルFET84と、ドレインか第2の差動対102
のPチヤンネルFET81のソースに、ゲートが
NチヤンネルFET84のゲートに、ソースが第
1の電源端子41にそれぞれ接続され、ドレイン
とゲートの接続されたNチヤンネルFET83か
らなる。第2の電流ミラー回路104は、ドレイ
ンか第2の差動対102のPチヤンネルFET8
2のソースに、ソースか第1の電源端子41にそ
れぞれ接続され、ドレインとゲートが接続された
NチヤンネルFET85と、ドレインが第1の出
力端子53に、ゲートがNチヤンネルFET85
のゲートに、ソースが第1の電源端子41にそれ
ぞれ接続されたNチヤンネルFET86からなる。
The first constant current source 105 is composed of an N-channel FET 65 whose source is connected to the first power supply terminal 41 and whose gate is connected to the first bias terminal 56. The second constant current source 106 consists of a P-channel FET 87 whose source is connected to the second power supply terminal 42 and whose gate is connected to the second bias terminal 57. The load circuit 107 has a source connected to the second power supply terminal 42, a drain connected to the first output terminal 53, and a gate and drain connected to each other.
It consists of a channel FET 63 and a P channel FET 64 whose source is connected to the second power supply terminal 42 , whose drain is connected to the second output terminal 54 , and whose gate is connected to the gate of the P channel FET 63 . 1st
The differential pair 101 has a drain connected to the first output terminal 5
3, an N-channel FET 65 whose gate is connected to the first input terminal 51 and whose source is the first constant current source 105.
N channels each connected to the drain of
FET 61 and the drain connected to the second output terminal 54,
N-channel FET 6 whose gate is connected to the second input terminal 52 and whose source is connected to the drain of the N-channel FET 65 of the first constant current source 105.
Consists of 5. The second differential pair 102 has a P-channel FET 87 whose drain is the second constant current source 106.
A P-channel FET 81 whose drain is connected to the first input terminal 51, and a P-channel FET 81 whose drain is connected to the first input terminal 51, and a P-channel FET 81 whose drain is connected to the second constant current source 106.
P-channel FETs connected to the drain of FET 87 and the gate or second input terminal 52, respectively.
Consists of 82. The first current mirror circuit 103 is
The drain is connected to the second output terminal 54, and the source is connected to the first output terminal 54.
N-channel FETs 84 each connected to the power supply terminal 41 of the drain or the second differential pair 102
It consists of an N-channel FET 83 whose drain and gate are connected, with the gate connected to the source of the P-channel FET 81, the gate connected to the gate of the N-channel FET 84, and the source connected to the first power supply terminal 41. The second current mirror circuit 104 has a drain or a P channel FET 8 of the second differential pair 102.
an N-channel FET 85 whose drain is connected to the first output terminal 53 and whose gate is connected to the first output terminal 53;
It consists of an N-channel FET 86 whose gate and source are connected to the first power supply terminal 41, respectively.

バイアス・出力回路90は、定電流源75と、
出力端子55と、ソースが第1の電源端子41に
接続され、ゲートが第1のバイアス端子56にそ
れぞれ接続されたNチヤンネルFET92,93,
94と、ソースが第2の電源端子42に、ゲート
が第2のバイアス端子57に、ドレインがNチヤ
ンネルFET94のドレインにそれぞれ接続され、
ゲートとドレインが接続されたバイアス用Pチヤ
ンネルFET95と、ソースが第2の電源端子4
2に、ゲートが第2の出力端子54に、ドレイン
か出力端子55およびNチヤンネルFET93の
ドレインにそれぞれ接続されたPチヤンネル
FET91と、第2の出力端子54とPチヤンネ
ルFET91のドレインに接続された周波数補償
用容量70からなり、第1及び第2のバイアス端
子56,57を介しバイアス電圧を差動増幅回路
100へ供給する。
The bias/output circuit 90 includes a constant current source 75,
N-channel FETs 92, 93, whose sources are connected to the output terminal 55 and to the first power supply terminal 41, and whose gates are connected to the first bias terminal 56, respectively.
94, whose source is connected to the second power supply terminal 42, whose gate is connected to the second bias terminal 57, and whose drain is connected to the drain of the N-channel FET 94,
A bias P-channel FET 95 whose gate and drain are connected, and whose source is connected to the second power supply terminal 4
2, a P channel whose gate is connected to the second output terminal 54, the drain is connected to the output terminal 55, and the drain of the N channel FET 93, respectively.
It consists of a frequency compensation capacitor 70 connected to the FET 91, the second output terminal 54, and the drain of the P-channel FET 91, and supplies bias voltage to the differential amplifier circuit 100 via the first and second bias terminals 56, 57. do.

次に、以上の構成からなる演算増幅器150の
動作について説明する。
Next, the operation of the operational amplifier 150 having the above configuration will be explained.

第1の差動対101は、第1および第2の電源
端子41,42間の電源電圧の1/2(中間)の近
傍のレベルから第2の電源電圧(第2の電源端子
42の電圧)と等しいレベルまでの入力電圧に対
し利得段として動作し、第2の差動対102は、
第1および第2の電源端子41,42間の電圧の
1/2(中間)の近傍のレベルから第1の電源電圧
(第1の電源端子41の電圧)と等しいレベルま
での入力電圧に対し利得段として動作する。した
がつて、1/2の近傍レベルの入力電圧に対しては
両利得段の利得の和(約46dB)がこの差動増幅
回路100の利得となり、その他の電圧範囲に対
しては一方の利得段の利得(約40dB)がこの差
動増幅回路100の利得となり、結果的に第1及
び第2の電源電圧の範囲にわたつてこの差動増幅
回路100は所望の利得が得られることになる。
The first differential pair 101 moves from a level near 1/2 (intermediate) of the power supply voltage between the first and second power supply terminals 41 and 42 to a second power supply voltage (the voltage of the second power supply terminal 42). ), the second differential pair 102 operates as a gain stage for input voltages up to a level equal to
For input voltages ranging from a level near 1/2 (middle) of the voltage between the first and second power supply terminals 41 and 42 to a level equal to the first power supply voltage (voltage of the first power supply terminal 41) Operates as a gain stage. Therefore, for an input voltage at a level near 1/2, the sum of the gains of both gain stages (approximately 46 dB) is the gain of this differential amplifier circuit 100, and for other voltage ranges, the gain of one of the stages is The gain of the stage (approximately 40 dB) becomes the gain of this differential amplifier circuit 100, and as a result, this differential amplifier circuit 100 can obtain the desired gain over the range of the first and second power supply voltages. .

また、バイアス・出力回路90の駆動段は電源
電圧の範囲の出力が可能であるが、出力がいずれ
かの電源端子41,42の電位に近ずくと利得は
0dBに近ずく。中間レベルは通常30dB程度の利
得が得られる。
Furthermore, although the drive stage of the bias/output circuit 90 is capable of outputting within the power supply voltage range, when the output approaches the potential of either power supply terminal 41 or 42, the gain decreases.
Approaching 0dB. A gain of about 30dB is usually obtained at the intermediate level.

入出力電圧が等しくなるフオロワ接続状態にお
いて演算増幅器150は、利得が40〜70dB程度
変動するものの、入出力電圧範囲共に第1および
第2の電源電圧と等価な電圧範囲で動作する。
In the follower connection state where the input and output voltages are equal, the operational amplifier 150 operates in a voltage range equivalent to the first and second power supply voltages for both the input and output voltage ranges, although the gain fluctuates by about 40 to 70 dB.

第3図は第6図のA/D変換器において差動増
幅回路23,24スイツチ26,27反転器28
の代りに本発明の差動増幅器を使用した応用例を
示している。この回路ではスイツチ26,28及
びゲート27が不要となつたことに加えて、演算
増幅器150の使用によりMSB比較後の増幅器
の切換えが不要となつている。このためA/D変
換の初期にアナログ入力電圧を容量21に保持す
ることができ、従来例ではアナログ入力が直流に
限られていたのに対し交流信号に対しても一時点
の電圧を正確にA/D変換できるという大きな効
果が得られる。
FIG. 3 shows differential amplifier circuits 23, 24 switches 26, 27 and inverter 28 in the A/D converter shown in FIG.
An application example is shown in which the differential amplifier of the present invention is used instead of the differential amplifier of the present invention. In this circuit, in addition to eliminating the need for switches 26, 28 and gate 27, the use of operational amplifier 150 eliminates the need for switching the amplifier after the MSB comparison. Therefore, the analog input voltage can be held in the capacitor 21 at the beginning of A/D conversion, and while analog input was limited to direct current in the conventional example, the voltage at one point can be accurately determined even for alternating current signals. A great effect can be obtained in that A/D conversion can be performed.

第4図は差動対の構成の他の実施例を示す図
で、NチヤンネルFET161と61,162と
62が共にダーリントン接続され、ダーリントン
トランジスタ161,162は電流源トランジス
タ163,164によりバイアスされている。こ
の構成は入力範囲を電源を越える範囲にまで拡大
する場合に有効である。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the configuration of a differential pair, in which N-channel FETs 161 and 61, 162 and 62 are both Darlington connected, and Darlington transistors 161 and 162 are biased by current source transistors 163 and 164. There is. This configuration is effective when expanding the input range beyond the power supply.

また、以上の説明においてPチヤンネルFET
およびNチヤンネルFETを用いた実施例を示し
たが、これらの素子としてPNPトランジスタ、
NPNトランジスタやジヤンクソンFET等も使用
可能である。
In addition, in the above explanation, P channel FET
Although examples using N-channel FETs and N-channel FETs have been shown, these elements include PNP transistors,
NPN transistors, Jankson FETs, etc. can also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明は、逆導電型トラ
ンジスタを用いた2種の入力差動対と、負荷回路
と電流ミラー回路とを適切に回路接続したことに
より、従来得ることのできなかつた広い入出力電
圧範囲で動作する差動増幅回路が得られることに
なる。
As explained above, the present invention provides a wide range of functions that could not be obtained conventionally by appropriately connecting two types of input differential pairs using opposite conductivity type transistors, a load circuit, and a current mirror circuit. A differential amplifier circuit that operates within the input/output voltage range is obtained.

また、本発明の差動増幅器をA/D変換器の入
力回路に適用すれば、A/D変換の初期の一時点
のアナログ入力情報をサンプルデータ比較器のサ
ンプリング容量にサンプリングすることが可能と
なり、時間変化するアナログ入力に対しても正確
なA/D変換が可能となる。
Furthermore, if the differential amplifier of the present invention is applied to the input circuit of an A/D converter, it becomes possible to sample analog input information at one point in time at the beginning of A/D conversion into the sampling capacity of the sample data comparator. , accurate A/D conversion is possible even for time-varying analog inputs.

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

第1図は本発明による差動増幅回路の一実施例
の構成図、第2図は第1図に示した差動増幅回路
の具体例の回路図、第3図は第1図の差動増幅回
路を用いたA/D変換器の実施例の回路図、第4
図は本発明の差動対部分の他の実施例の回路図、
第5図AはNチヤンネルFET入力型差動増幅回
路の従来例の回路図、同図BはPチヤンネル
FET入力型差動増幅回路の従来例の回路図、第
6図は従来Nチヤンネル入力型及びPチヤンネル
入力型差動増幅回路を切換えて使用するA/D変
換器の回路図である。 41:第1の電源端子、42:第2の電源端
子、51:第1の入力端子、52:第2の入力端
子、53:第1の出力端子、54:第2の出力端
子、101:第1の差動対、102:第2の差動
対、103:第1の電流ミラー回路、104:第
2の電流ミラー回路、105:第1の定電流源、
106:第2の定電流源。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the differential amplifier circuit according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a specific example of the differential amplifier circuit shown in FIG. Circuit diagram of an embodiment of an A/D converter using an amplifier circuit, No. 4
The figure is a circuit diagram of another embodiment of the differential pair portion of the present invention.
Figure 5A is a circuit diagram of a conventional N-channel FET input type differential amplifier circuit, and Figure 5B is a P-channel circuit diagram.
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional example of an FET input type differential amplifier circuit. FIG. 6 is a circuit diagram of an A/D converter that switches between a conventional N-channel input type and a P-channel input type differential amplifier circuit. 41: first power supply terminal, 42: second power supply terminal, 51: first input terminal, 52: second input terminal, 53: first output terminal, 54: second output terminal, 101: 1st differential pair, 102: 2nd differential pair, 103: 1st current mirror circuit, 104: 2nd current mirror circuit, 105: 1st constant current source,
106: Second constant current source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1、第2の電源端子と、第1、第2の入力
端子と、第1、第2の出力端子と、前記第1、第
2の電源端子に一端がそれぞれ接続された第1、
第2の定電流源と、前記第2の電源端子と前記第
1、第2の出力端子に接続された第1の負荷回路
と、前記第1、第2の入力端子と前記第1の負荷
回路に接続された前記第1、第2の出力端子に接
続され、前記第1の定電流源によつてバイアスさ
れた第1の差動対と、前記第1、第2の入力端子
に接続され、2つの出力端子を有し、前記第2の
定電流源によつてバイアスされた第2の差動対
と、前記第2の出力端子と前記第2の差動対の一
方の出力端子と前記第1の電源端子に接続して、
前記第2の差動対の一方の出力電流を前記第1の
差動対の一方の出力電流に加算するようにした第
1の電流ミラー回路と、前記第1の出力端子と前
記第2の差動対の他方の出力端子と前記第1の電
源端子に接続して、前記第2の差動対の他方の出
力電流を前記第1の差動対の他方の出力電流に加
算するようにした第2の電流ミラー回路と、前記
第1の差動対に接続された前記第1または第2の
出力端子をゲートまたはベースに接続し、ソース
またはエミツタを第2の電源に接続し、ドレイン
またはコレクタを第2の負荷回路に接続したトラ
ンジスタとを有して、前記トランジスタのドレイ
ンまたはコレクタより出力を得ることによつて、
広い同相入力電圧を可能とさらに大きな利得を得
ることを特徴とする差動増幅回路。
1 first and second power supply terminals, first and second input terminals, first and second output terminals, and a first terminal connected at one end to the first and second power supply terminals, respectively;
a second constant current source; a first load circuit connected to the second power supply terminal and the first and second output terminals; a first and second input terminal and the first load; a first differential pair connected to the first and second output terminals connected to the circuit and biased by the first constant current source; and connected to the first and second input terminals. a second differential pair, having two output terminals and biased by the second constant current source; the second output terminal and one output terminal of the second differential pair; and the first power terminal,
a first current mirror circuit configured to add one output current of the second differential pair to one output current of the first differential pair; The other output terminal of the differential pair is connected to the first power supply terminal, and the other output current of the second differential pair is added to the other output current of the first differential pair. and the first or second output terminal connected to the first differential pair is connected to the gate or base, the source or emitter is connected to a second power supply, and the drain is connected to the second current mirror circuit. Or, by having a transistor whose collector is connected to a second load circuit, and obtaining an output from the drain or collector of the transistor,
A differential amplifier circuit that allows for a wide common-mode input voltage and obtains even greater gain.
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