JPH07142942A - 差動増幅器 - Google Patents

差動増幅器

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JPH07142942A
JPH07142942A JP28892393A JP28892393A JPH07142942A JP H07142942 A JPH07142942 A JP H07142942A JP 28892393 A JP28892393 A JP 28892393A JP 28892393 A JP28892393 A JP 28892393A JP H07142942 A JPH07142942 A JP H07142942A
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JP
Japan
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field effect
source
load
differential amplifier
insulated gate
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Application number
JP28892393A
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English (en)
Inventor
Takashi Matsuoka
崇 松岡
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】差動増幅器の利得を上げようとする際に、入力
電圧範囲の幅が狭くなるとを防ぎ、さらに入力範囲の拡
大を図る。 【構成】差動入力nMOSトランジスタM1,M2と負
荷pMOSトランジスタM3,M4とを二組持つ差動増
幅器において、負荷MOSトランジスタM3,M4と並
列に定電流源I1,I2を置く。負荷MOSトランジス
タM3,M4に流れる電流を定電流源I1,I2に流れ
る電流の増減によって制御してやることで、MOSトラ
ンジスタM1,M2,M3,M4のゲートサイズによら
ずに、つまり負荷MOSトランジスタM3,M4による
電圧降下を起こさずに差動増幅器の利得を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOSトランジスタを
用いた差動増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の差動増幅器について、コンパレー
タによく用いられるものを例にして図4を用いて説明す
る。同図を参照するとこの回路においては、同じ導電型
(この場合はnチャネル型)の2つのトランジスタM
1,M2によって差動入力対が構成されている。これら
2つのMOSトランジスタは、ゲート電極がそれぞれ入
力端子IN1およびIN2となっている。ソース電極ど
うしは共通に接続され、電流源I3を介してグランド線
GNDに接地されている。ドレイン電極はそれぞれ出力
端子OUT1とそれとは逆相に動く出力端子OUT2に
接続され、逆導電型(pチャネル型)の負荷MOSトラ
ンジスタM3およびM4のドレイン電極およびゲート電
極とに接続されている。負荷MOSトランジスタM3,
M4のソース電極どうしは共通に接続され、電圧源Vd
dに接続されている。
【0003】この回路の差動利得の絶対値は次式で表さ
れる。 A≒gm1 ×Rout ≒gm1 /gm2 但し、gm1 は差動入力MOSトランジスタM1および
M2の相互コンダクタンスを表し、gm2 は負荷MOS
トランジスタM3およびM4の相互コンダクタンスを表
し、Rout は負荷抵抗を表している。
【0004】式からわかるように、この差動増幅器の
差動利得は相互コンダクタンスgm1 とgm2 との比で
決まるので、差動利得を上げるためには、相互コンダク
タンスgm1 を大きくするかまたはgm2 を小さくする
必要がある。
【0005】ここで、一般にMOSトラジスタの相互コ
ンダクタンスgmは次の式で表わされる。 gm=k×{Id×(W/L)}1/2 但し、kは比例定数、IdはMOSトランジスタに流れ
る電流、L及びWはそれぞれMOSトランジスタのゲー
ト長及びゲート幅である。
【0006】式からわかるように、相互コンダクタン
スgmの値を変化させるためには、電流Idを変化させ
てやるかトランジスタのゲートサイズW/Lを変えてや
ればよい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の差動増幅器には、次のような問題がある。すな
わち図4に示される回路においては、差動入力トランジ
スタに流れる電流と負荷MOSトランジスタに流れる電
流とが等しい、つまりトランジスタM1に流れる電流と
トランジスタM3に流れる電流の値は等しく、またトラ
ンジスタM2に流れる電流とトランジスタM4に流れる
電流の値が等しい。従ってこの場合は、それぞれのMO
Sトランジスタのゲートサイズを変えることしかできな
い。ところが差動入力MOSトランジスタと負荷MOS
トランジスタにおける抵抗値もゲートサイズによるの
で、差動利得を大きくするために差動入力MOSトラン
ジスタの相互コンダクタンスgm1 の値を大きくするこ
とも、負荷MOSトランジスタの相互コンダクタンスg
2 の値を小さくすることも、どちらも負荷MOSトラ
ンジスタでの電圧降下を大きくすることになり、入力電
圧範囲が狭くなってしまう。
【0008】従って本発明は、入力電圧範囲を犠牲にす
ることなしに大きな差動利得を得ることのできる差動増
幅器を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の差動増幅器は、
第1及び第2の同一導電型の差動入力絶縁ゲート電界効
果トランジスタと、ドレイン電極とゲート電極とが前記
第1の差動入力絶縁ゲート電界効果トンランジスタのド
レイン電極に接続されソース電極が第1の電圧源に接続
された、前記第1の差動入力絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタとは逆導電型の第1の負荷絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタと、ドレイン電極とゲート電極とが前記第2
の差動入力絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレイン
電極に接続されソース電極が前記第1の電圧源に接続さ
れた、前記第2の差動入力絶縁ゲート電界効果トラジス
タとは逆導電型の第2の負荷絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタと、前記第1の負荷絶縁ゲート電界効果トランジ
スタのソース電極とドレイン電極との間に接続された第
1の定電流源と、前記第2の負荷絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタのソース電極とドレイン電極との間に接続さ
れた第2の定電流源と、前記第1及び第2の差動入力絶
縁ゲート電界効果トランジスタのソース電極が共通に接
続された第1の節点と第2の電圧源との間に接続された
第3の定電流源を備えることを特徴とする差動増幅器で
ある。
【0010】
【作用】負荷MOSトランジスタと並列に接続された定
電流源は、差動入力MOSトラジスタに流れる電流に対
して負荷MOSトランジスタに流れる電流を小さくし、
負荷MOSトランジスタのゲートサイズを変えること無
しにこの差動増幅器の利得を上げる働きをする。
【0011】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図を用
いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例のnチ
ャネル入力型の差動増幅器の回路構成を示す。図1に示
されるように、この実施例の差動増幅器は、差動入力n
MOSトランジスタM1,M2と、それぞれのドレイン
電極とゲート電極とがnMOSトランジスタM1,M2
のドレイン電極に接続された一対の負荷pMOSトラン
ジスタM3,M4とを有する。又、この差動増幅器は、
入力端子IN1,IN2を有しており、入力端子IN1
およびIN2から入力された信号はそれぞれnMOSト
ランジスタM1,M2のゲート電極に供給される。nM
OSトランジスタM1,M2のソース電極どうしは接続
されていて、それぞれ定電流源I3を介してグランド線
GNDに接地されている。pMOSトランジスタM3,
M4のソース電極は電圧源Vddに接続され、pMOS
トランジスタM3とM4のソース電極とドレイン電極と
の間には、それぞれ定電流源I1,I2が接続されてい
る。MOSトランジスタM1とM3のドレイン電極及び
MOSトランジスタM2とM4のドレイン電極は、それ
ぞれ出力端子OUT1,OUT2に接続され、ここから
外部に信号を出力する。
【0012】この差動増幅器についても前述の式は成
り立つので、差動増幅器の利得を上げるためには差動入
力nMOSトランジスタM1,M2の相互コンダクタン
スgm1 を大きくするか、負荷pMOSトランジスタM
3,M4の相互コンダクタンスgm2 を小さくする必要
がある。それぞれのトランジスタの相互コンダクタンス
gmは式を満たす。本実施例では、トランジスタのサ
イズW/Lを変化させるだけでなく、負荷pMOSトラ
ンジスタM3,M4に並列においた定電流源I1,I2
に流す電流によっても相互コンダクタンスgmを変える
ことができる。本実施例の差動増幅器における負荷pM
OSトンランジスタM3,M4のようにゲート電極とド
レイン電極とが接続されているMOSトランジスタは、
ダイオードと同じような働きをする。
【0013】いま、ダイオード接続されたMOSトラン
ジスタのドレイン・ソース間の電圧Vdsと、ドレイン・
ソース間に流れる電流Iddとの関係を図2に示す。図2
を見るとわかるとおり、ダイオード接続された負荷MO
Sトラジスタのドレイン・ソース間に流れる電流を減ら
すとドレイン・ソース間の電圧も減る。ここで定電流源
I1,I2に各負荷pMOSトランジスタのソース電極
からドレイン電極に向かって並列に電流を流すと、差動
入力nMOSトランジスタM1,M2に流す電流を換え
なければ、負荷pMOSトランジスタM3,M4の相互
コンダクタンスgm2 が小さくなることを意味し、この
差動増幅器の利得は大きくなる。また図2より、負荷p
MOSトランジスタによる電圧効果は小さくなる。具体
的に、定電流源I1,I2,I3にそれぞれ10μA,
10μA,25μAを流した場合と、電流源I3にのみ
25μAを流した場合とを比較してみると、利得が4〜
6倍程度に上り、入力電圧範囲は0.4〜1.7Vから
0.4〜2.2Vへと向上した。
【0014】さらに、差動入力nMOSトランジスタM
1,M2に流れる電流を増やし、負荷pMOSトランジ
スタM3,M4に流れる電流を変えること無く、定電流
源I1,I2に多く流してやると、負荷nMOSトラン
ジスタによる電圧効果を大きくすること無くこの差動増
幅器の利得を上げることができる。具体的に、定電流源
I1,I2,I3にそれぞれ10μA,10μA,25
μA流した場合と、22.5μA,22.5μA,50
μA流した場合を比較すると、入力電圧範囲はほとんど
変化無く、利得は6倍程度から8倍程度に向上した。
【0015】図3は、実施例の変形例の回路図で、pチ
ャネル入力型の差動増幅器の回路構成を示す。この変形
例の差動増幅器は、図1におけるnMOSトランジスタ
とpMOSトランジスタとを入れ換えたもので、nチャ
ネル入力型の差動増幅器と同様の効果を得ることができ
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明には次のよ
うな効果がある。
【0017】負荷MOSトランジスタと並列においた定
電流源に電流を流すことで、負荷MOSトランジスタに
よる電圧降下を小さくしつつ差動増幅器の利得を上げる
ことができる。
【0018】差動入力MOSトランジスタに流す電流を
増やし、負荷MOSトランジスタと並列においた定電流
源の電流も増やすことで、負荷MOSトランジスタによ
る電圧降下を買えること無く差動増幅器の利得を上げる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による差動増幅器の回路図で
ある。
【図2】ダイオード接続されたMOSトランジスタのソ
ース・ドレイン間の電圧電流特性を示す図である。
【図3】図1に示す差動増幅器の変形例の回路図であ
る。
【図4】従来の差動増幅器の一例の回路図である。
【符号の説明】
M1,M2 差動入力MOSトランジスタ M3,M4 負荷MOSトランジスタ I1,I2,I3 定電流源 Vdd 電圧源 GND グランド線 IN1,IN2 入力端子 OUT1,OUT2 出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の同一導電型の差動入力絶
    縁ゲート電界効果トランジスタと、 ドレイン電極とゲート電極とが前記第1の差動入力絶縁
    ゲート電界効果トランジスタのドレイン電極に接続され
    ソース電極が第1の電圧源に接続された、前記第1の差
    動入力絶縁ゲート電界効果トランジスタとは逆導電型の
    第1の負荷絶縁ゲート電界効果トランジスタと、 ドレイン電極とゲート電極とが前記第2の差動入力絶縁
    ゲート電界効果トランジスタのドレイン電極に接続され
    ソース電極が前記第1の電圧源に接続された、前記第2
    の差動入力絶縁ゲート電界効果トラジスタとは逆導電型
    の第2の負荷絶縁ゲート電界効果トランジスタと、 前記第1の負荷絶縁ゲート電界効果トランジスタのソー
    ス電極とドレイン電極との間に接続された第1の定電流
    源と、 前記第2の負荷絶縁ゲート電界効果トランジスタのソー
    ス電極とドレイン電極との間に接続された第2の定電流
    源と、 前記第1及び第2の差動入力絶縁ゲート電界効果トラン
    ジスタのソース電極が共通に接続された第1の節点と第
    2の電圧源との間に接続された第3の定電流源とを備え
    ることを特徴とする差動増幅器。
JP28892393A 1993-11-18 1993-11-18 差動増幅器 Pending JPH07142942A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030082848A (ko) * 2002-04-18 2003-10-23 실리콤텍(주) 가변이득 증폭회로
JP2005223627A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Asahi Kasei Microsystems Kk 演算増幅回路

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19960702