JPH0479416A - 単相入力差動増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基準電圧発生回路を備えた中相入力差動増幅
器に関するものである。

〔従来の技術〕

差動論理回路は、縦積みの構成によって１　’ｌ”、　
！Ｍのケートで複雑な論理を構成することかでき、高連
動作が可能なため、低消費電流・高速動作ＩＣを設訓す
るのによく用いられる。このようなＩＣの入力信号か小
さい場合は、入力バッファで信号を増幅する必要がある
が、この場合には内部の差動信号を発生させるのに都合
がよいため、一般に差動構成の増幅器が用いられる。

第２図は、このような目的で使用される５ＣＦＬ　（Ｓ
ｏｕｒｃｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　ＰＥＴ　Ｌｏｇｉｃ）回
路による単相入力差動増幅器を示すものである。

同図において、符号２０１．２０２は負荷素子、符号２
０３．２０４は駆動用トランジスタ、符号２０５はバイ
アス抵抗、符号２０６．２０７は負荷素子、符号２０８
．２０９はソースフォロアトランジスタ、符号２１０，
２１１はレベルシフト用素子、符号２１２．２１３．２
１４は定電流源、符号２１５．２１６は電源用端子、符
号２１７はコンデンサ、？：′１号２１８．２１９は入
力端子、符号２２０．２２］は出力端子をそれぞれ示し
ている。入力信号は入力端子２１８に与えられ、出力信
号は出力端子２２０．２２１から？１７ることがてきる
。また、この単相入力差動増幅器は単相入力の信号を扱
うため、駆動用トランジスタ２０４のゲートには抵抗分
割によって発生した基４１（電圧か与えられ、駆動用ト
ランジスタ２０３のゲートにはコンデンサ２１７を介し
て入力信号電圧か与えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような単相入力差動増幅器を構成するト
ランジスタ、抵抗などの素子には温度特性があり、周囲
温度が変動するとこれに伴って最適なバイアス点が変動
してしまうといった問題があった。

この問題を解決するには、第２図で示した従来例の単相
入力差動増幅回路と同一構成の増幅回路を基準電圧発生
回路として用いればよい。その理由は基準電圧発生回路
によって発生する基準電圧が温度変動に対する変化を打
ち消すからである。

この単相入力差動増幅器を第３図に示す。基準電圧発生
回路部３０２においては、負荷索子３０４．３０５の抵
抗値が同じなので定電流源３０６を流れる電流が半分ず
つ負荷素子３０４．３０５に与えられる。そして電圧■
Ｄｏが負荷素子３０４．３０５によって電圧降下され、
同じ電圧値の電圧かソースフォロアトランジスタ３０７
．３０８のそれぞれに供給される。そして、レベルシフ
トダイオード３０９．３１０でレベルシフトされた出力
電圧が駆動用）・ランジスタ３１］、３］２のそれぞれ
のゲートに逆相の信号として帰還される。

この負帰還によって安定した出力ｔｂ圧は高抵抗３１′
３．３］４の抵抗分割によって平均化される。

そしてこの平均電圧か差動増幅回路部３０］の駆動トラ
ンジスタ３１５に基準電圧として与えられる。この基準
電圧は温度の変動に合わせて最適な電圧に自動的に調整
されるので、特性の変化を最小限に抑えることかできる
。

つまり、差動増幅回路部３０１と基準電圧発生回路部３
０２は同一構成なので、温度変動に対する変化は差動増
幅回路部３０１と基準電圧発生回路部３０２とで同時に
発イトする。しかし、これらの変化は互いに打ち消し合
うので、結果としてこの差動増幅器の温度変動に対する
特性の変化は微小なものとなるのである。

このように第３図に示す単相入力差動増幅器であれば、
温度特性か大幅に改善される。しかし、この単相入力差
動増幅器には差動増幅回路部か実質的に２つ必要になり
、回路面積の増大、消費電力の増加といった問題が新た
に発生した。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明に係る単相入力差動
増幅器の基準電圧発生回路部は、負荷素子とレベルシフ
ト用素子と定電流源の直列回路で構成され、このレベル
シフト用素子および定電流源の各素子の大きさの比が差
動増幅回路部におけるレベルシフト用素子および定電流
源の各素子の大きさの比と同一であり、負荷索子の抵抗
値が差動増幅回路部のレベルシフト用素子とこのＪ！準
電圧発生回路部のレベルシフト用素子の大きさの比の逆
数の２分の１である。

〔作用〕

本発明にかかる単相入力差動増幅器は、上述したように
差動増幅回路部と基準電圧発生回路部の各素子が同し大
きさの比になるように構成されている。このため差動増
幅回路部で発生した忍度変動と同一の変動量の温度変動
が基準電圧発生回路部でも発生する。この温度変動によ
る特性の変化か差動増幅回路部と基イ１へ電圧発生回路
部でｔりいに打ち消される。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である＋１１相入力差動増
幅器を示す回路図である。このｔｌを相入力差動増幅器
は差動増幅回路部］０］とへ埠′電圧発生回路部１０２
から構成されている。

差動増幅回路部１０１の駆動用トランジスタ１０３．１
．０４の各ソースは互いに接続されており、定電流源１
０５を介して電圧ＶＳＳの電源端子１０６に接続されて
いる。駆動用トランジスタ１０Ｂ、１０４の各ドレイン
には、負６ｊｊ素子１０７．１０８がそれぞれ接続され
、負荷素子］０７．１０８の他端は共に電圧■］）ｌ）
のγｈ源端了］〔］９に接続されている。駆動用トラン
ジスタ１〔］３．１０４の各ケートはバイアス抵抗］］
０を介して互いに接続されており、駆動用トランジスタ
１０３のゲートの他端はコンデン゛す１１１を介して入
力端子１１２と接続されている。また、駆動用トランジ
スタ１０４のゲートの他端は基準′電圧発生回路部と接
続されている。駆動用ｌ・ランジスタ１０３．１０４の
各ドレインには、ソースフォロアトランジスタ１１３．
１１４のゲートに接続されており、・ソースフォロアト
ランジスタ１　ｍ、　３．１１４のドレインは共に電圧
”Ｉ）Ｄの電源端Ｔ１０９に接続されている。ソースフ
ォロアトランジスタ１１３．１１４のソースはレベルシ
フトダイオード１１５．１１６にそれぞれ接続されてお
りレベルシフＩ・素子１１．７．１１８が構成されてい
る。レベルシフトダイオード１１５．１１６の他端には
出力端子１１９．１２０かそれぞれ接続されている。レ
ベルシフトダイオード１１５、］］６の他端には、また
定電流源１２１、コ２２を介して電圧ｖｓｓの電源端ｊ
’　１０６か接続されている。

基準７１ａ圧発４Ｉ″回路部］０２のソースフォロアト
ランジスタ１２３はドレインとゲートが短絡しており、
ソースフォロアＩ・ランジスタ１２３のドレインには負
荷素子１２４を介して電圧Ｖ。、の電源端子１０９か接
続されている。ソースフォロアトランジスタ１２３のソ
ースはレベルシフトダイオード］２５に接続されており
レベルシフト素子１２６が（（＋４成されている。レベ
ルシフトダイオド］２５の他端は駆動用トランジスタ１
０４のゲトに接続されている。さらに、レベルシフトダ
イオード］２５の他端は定電流）Ｉ；ｉ　１２７を介し
て電圧■ｓｓの電源端子１０６に接続されている。定電
流源］０５．１２１．１２２．１２７のトランジスタの
ゲートは互いに接続され、固定電位■ｅＳか′Ｊ、えら
れる端子］２８に接続されている。

ここで、レベルシフＩ・素子１２６および定電流源１２
７の各素子の大きさの比かレベルシフト素子−１１７，
１１８および定電流源１２１．１２２の６素子の大きさ
の比と同一となるように構成され、また負荷素子１２４
の抵抗値が、レベルシフト素子］１７．１１８とレベル
シフＩ−素子１２６の大きさの比の逆数の２分の１とな
るように構成されている。

例えば、レベルシフト素子］１７．１］８とレベルシフ
ト素子１２６の大きさの比か３対］の場合には、負荷素
子１２４は第３図の従来例の２分の′３倍の抵抗値を持
つ素子が用いられる。また、レベルシフト素子１１７．
１１８とレベルシフト素−Ｊ”−１２６の大きさの比か
１対１の場合は、負荷素子１２４は第３図の従来例の２
分の１の抵抗値を持つ素子が用いられる。以下に、１対
１の比のレベルシフＩ・素子て構成された実施例の動作
について説明する。

入力端子］１２に与えられる入力信号の直流成分がコン
デンサ１１］て除去され、交流信号か駆動用トランジス
タ１０３のゲートに与えられる。

駆動用トランジスタ１０３では、この交流（Ｌｉ号に従
ってトレイン電流か変化し、このドレイン）゛電流か負
１．：ｉ素ｒ１０７を流れることにより、駆動用トラン
ジスタ１０３のトレインには交流信号か増幅された電圧
が発生する。この信号電圧はソースフォロアトランジス
タ１１３のゲ　トに与えられ、ソースフォロアトランジ
スタ１１３およびレベルシフト用素子１１５によってレ
ベルシフトされ、出力端子１１９から出力される。駆動
用トランジスタ１０４のドレインには、駆動用トランジ
スタ１、０３を流れる電流が変化することに伴って、１
０３のドレイン端子に現われたのと逆相の（６号が発生
し、この信号はレベルシフトされて出力端子１２０から
出力される。

基準電圧発生回路部では、電源端子１０９に与えられた
電圧■ＤＤが負荷素子１２４によって電圧時ドされ、さ
らにレベルシフトダイオード１２５によってレベルシフ
トされた電圧が基準電圧として駆動トランジスタ１０４
に与えられる。上述したように本実施例は１対１の比の
レベルシフト素子で構成されているので、負荷素子１２
４の抵抗値は、負荷素子１０７．１０８の抵抗値の２分
の１である。

本実施例では、基準電圧発生回路部１０２の回路が第３
図に示す従来例の差動増幅器の基準電圧発生回路部３０
２と等価な回路になるよう構成されている。従って、従
来例の差動増幅器と同じように湿度変動に対する特性の
変化は微小なものとなる。この回路構成が基準電圧発生
回路部３０２の回路（δ成と等価である根拠は次の通り
である。

基準電圧発生回路部３０２は、回路構成が左右対称であ
るので、前述したように負荷素子３０４．３０５を流れ
る電流がそれぞれ等しく、ソースフォロアトランジスタ
３０７．３０８に与えられる電圧が同一となり、第４図
に示す基準電圧発生回路部のように半分の回路構成でも
同一の機能を保持できる。ここで、負荷素子４０１は従
来例の基準電圧発生回路部３０２で並列に構成された負
荷素子３０４．３０５との置き換えであり、定電流源４
０２の電流値は定電流源３０６の電流値の半分の値であ
る。従って、負荷素子４０１の抵抗値を負荷素子３０４
の半分にすれば、定電流源３０６の電流値は定電流源４
０２の電流値と同一となる。

］　２ さらに、本実施例の基準電圧発生回路部に示すように負
荷索子１２４、ドレインとゲートが短絡したソースフォ
ロアトランジスタ１２３、レベルシフトダイオード１２
５および定電流源１２７・を直列に接続して、従来例の
基準電圧発生回路部３０２と等価な回路が構成できる。

この場合の負荷素子１２４の抵抗値は負荷素子３０４の
半分の値である。またソースフォロアトランジスタ１２
３は第４図のソースフォロアトランジスタ４０３での電
圧降下を模擬するためのものである。

このような構成の話準電圧発生回路であれば、差動増幅
回路部と同じ温度特性を持つために単相入力差動増幅器
の特性を温度によって変動させることが少ない。またこ
のような回路であれば消費電力を低く抑えることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明に係る単相入力差動増幅器であれば、基準電圧発
生回路によって温度補償されるので、温度変動があって
も安定した温度特性を保持する。

また、この＋Ｂ相入力差動増幅器は小さな回路面積で、
かつ少ない消費電力で動作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である単相入力差動増幅器を
示す回路図、第２図は従来の単相入力差動増幅器を示す
回路図、第３図は従来の単相入力差動増幅器を示す回路
図、第４図は基準電圧発生回路を示す回路図である。 １０１・・・差動増幅回路部、１０２・・・基準電圧発
生回路部、１０３．１０４・・・駆動用トランジスタ、
１０５・・・定電流源、１０６・・・電源端子、１〔〕
７．１０８・・・負荷索子、１１０・・・バイアス抵抗
、１１１・・・コンデンサ、１１２・・・入力端子、１
１３．１１４・・・駆動用トランジスタ、１１５．１．
１６・・・レベルシフトダイオード、１．］、７．１１
８・・・レベルシフト素子、１１９．１２０・・・出力
端子、１２１．１２２・・・定電流源、１２３・・・ソ
ースフォロアトランジスタ、１２４・・・負荷素子、１
２５・・・レベルシフトダイオード、１２６・・・レベ
ルシフト素子、１２７・・・定電流源、１２８・・・端
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 定電流源と、ソースが共通に前記定電流源に接続された
   一対の駆動用トランジスタと、この一対の駆動用トラン
   ジスタの各ドレインにそれぞれ接続された負荷素子とか
   らなり、前記駆動用トランジスタの一方のゲートを基準
   電圧端子、他方のゲートを入力端子とする増幅段と、 ソースフォロアトランジスタを含むレベルシフト用素子
   と定電流源との直列回路からなり、前記負荷素子の一端
   がこのソースフォロアトランジスタのゲートに接続され
   このレベルシフト用素子の一端を出力端子とするレベル
   シフト段とを備えた差動増幅回路部と、 前記基準電圧端子に基準電圧を供給する基準電圧発生回
   路部とを備えた単相入力差動増幅器において、 前記基準電圧発生回路部は負荷素子とレベルシフト用素
   子と定電流源の直列回路で構成され、このレベルシフト
   用素子および定電流源の各素子の大きさの比が前記差動
   増幅回路部における前記レベルシフト用素子および前記
   定電流源の各素子の大きさの比と同一であり、 負荷素子の抵抗値が前記差動増幅回路部の前記レベルシ
   フト用素子とこの基準電圧発生回路部の前記レベルシフ
   ト用素子の大きさの比の逆数の２分の１であることを特
   徴とする単相入力差動増幅器。