JPH0964662A - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JPH0964662A
JPH0964662A JP7221885A JP22188595A JPH0964662A JP H0964662 A JPH0964662 A JP H0964662A JP 7221885 A JP7221885 A JP 7221885A JP 22188595 A JP22188595 A JP 22188595A JP H0964662 A JPH0964662 A JP H0964662A
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transistor
circuit
gate
supply
bias
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JP7221885A
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Eisaku Hoshikawa
栄作 星川
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NEC Yamagata Ltd
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NEC Yamagata Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】バイアス回路を含む消費電流を低減するととも
にチップ面積を縮小する。 【解決手段】電源VDD,VSSの供給を受けバイアス
電圧VP,VNの各々を発生するとともに制御信号Eの
供給に応答してこれらバイアス電圧VP,VNの出力お
よび停止の制御を行うバイアス回路1を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は演算増幅器に関し、
特にCMOS構成の複数の増幅回路から成る液晶表示装
置駆動用に適した演算増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ディジタル回路で多用されるCM
OSトランジスタから成るアナログ回路が多く用いいら
れており、その一つに演算増幅器がある。この種の演算
増幅器には、基本的にPチャネルトランジスタを電流源
とするP型増幅器と、Nチャネルトランジスタを電流源
とするN型増幅器とが存在する。
【0003】例えば、液晶表示装置(LCD)駆動回路
のように駆動信号の立上り,立下り両方向に対し高速性
が要求される場合には、立上りに対してはN型,立下り
に対してはP型の各増幅器を専用することにより、上記
要求高速性を達成できる。
【0004】LCDの駆動波形の一例を示す図3を参照
すると、LCD駆動用の各電圧レベルはLCD点灯電圧
VLCD,VSS(=0)および2つの非点灯レベルV
L1,VL2から成り、LCD駆動回路は点灯期間には
VLCD−VSSの電圧を、非点灯期間にはVL1−V
L2の電圧を供給する。LCD駆動回路は演算増幅器を
用いて上記各電圧レベルの波形を供給する。通常のLC
Dの駆動用にはP型あるいはN型の増幅器のみの演算増
幅器を用いることにより十分駆動できる。しかし、大画
面および高精細度のLCDの場合は各行,列当りの画素
数が多くしたがって各駆動用演算増幅器の負荷容量も大
きくなり、例えばP型増幅器を用いると出力回路のNチ
ャネルトランジスタのオフ時に対応する駆動波形の電圧
レベルVL2からVL1への立上り前縁では、点線で示
すように波形が鈍り電圧レベルVL1に到達する前にこ
の期間T1〜T2,T3〜T4等が終了し正常な電圧レ
ベルVL1が得られない。この結果、LCDの表示文字
等がちらついて見えるという不具合が生じる。このた
め、従来は駆動波形の立上りの駆動用に上記N型増幅器
を立下りの駆動用に上記P型増幅器をそれぞれ専用する
演算増幅器を用いていた。
【0005】基本的なP型およびN型各増幅器とから成
る従来の第1の演算増幅器の一例を示す回路図である図
4(A),(B)を参照すると、(A)に示すP型の増
幅器20は電源VDD,VSSとの供給を受けバイアス
電圧VPを出力するバイアス回路8と、電源VDD,V
SSとバイアス電圧VPとの供給を受け相補の入力信号
S,BSの供給に応答して差動増幅し信号PSを出力す
る差動回路3と、電源VDD,VSSとバイアス電圧V
Pとの供給を受け信号PSの供給に応答して出力信号O
Pを出力する出力回路4とを備える。
【0006】バイアス回路8は電源VDD,VSSとの
間に直列接続したPチャネル型のトランジスタP81と
Nチャネル型のトランジスタN81とを備える。
【0007】差動回路3は、ソースを電源VDDにゲー
トをバイアスVPにそれぞれ接続した電流源用のPチャ
ネル型トランジスタP31と、差動対を構成し各々のソ
ースを共通接続してトランジスタP31のドレインに接
続しゲートにそれぞれ信号S,BSの供給を受けるPチ
ャネル型のトランジスタP32,P33と、アクティブ
負荷であるカレントミラー回路を構成し供通接続したゲ
ートとドレインをトランジスタP32のドレインにソー
スを電源VSSにそれぞれ接続したNチャネル型のトラ
ンジスタN31およびドレインをトランジスタP33の
ドレインにゲートをトランジスタN31のゲートにソー
スを電源VSSにそれぞれ接続しドレインから信号PS
を出力するトランジスタN32とを備える。
【0008】出力回路4は、トランスファゲートを構成
しソース同志を共通接続して信号PSの供給を受けドレ
イン同志を共通接続してコンデンサC41の一端に接続
しゲートにそれぞれ電源VSS,VDDの供給を受ける
P,N各チャネル型のトランジスタP41,N41と、
出力増幅器を構成しソースがそれぞれ電源VDD,VS
SにゲートがそれぞれバイアスVP,信号PSにそれぞ
れ接続し各々のドレイン同志を共通接続してコンデンサ
C41の他端と出力端子TPに接続したP,N各チャネ
ル型のトランジスタP42,N42と、コンデンサC4
1とを備える。
【0009】図4(B)に示すN型の増幅器50は、電
源VDD,VSSとの供給を受けバイアス電圧VNを出
力するバイアス回路9と、電源VDD,VSSとバイア
ス電圧VNとの供給を受け相補の入力信号Q,BQの供
給に応答して差動増幅し信号NQを出力する差動回路6
と、電源VDD,VSSとバイアス電圧VNとの供給を
受け信号NQの供給に応答して出力信号ONを出力する
出力回路7とを備える。
【0010】バイアス回路9は電源VDD,VSSとの
間に直列接続したPチャネル型のトランジスタP91と
Nチャネル型のトランジスタN91とを備える。
【0011】差動回路6は、ソースを電源VSSにゲー
トをバイアスVNにそれぞれ接続した電流源用のNチャ
ネル型トランジスタN61と、差動対を構成し各々のソ
ースを共通接続してトランジスタN61のドレインに接
続しゲートにそれぞれ信号Q,BQの供給を受けるNチ
ャネル型のトランジスタN62,N63と、アクティブ
負荷であるカレントミラー回路を構成し供通接続したゲ
ートとドレインをトランジスタN62のドレインにソー
スを電源VDDにそれぞれ接続したPチャネル型のトラ
ンジスタP31およびドレインをトランジスタN63の
ドレインにゲートをトランジスタP61のゲートにソー
スを電源VDDにそれぞれ接続しドレインから信号NQ
を出力するトランジスタP62とを備える。
【0012】出力回路7は、トランスファゲートを構成
しソース同志を共通接続して信号NQの供給を受けドレ
イン同志を共通接続してコンデンサC71の一端に接続
しゲートにそれぞれ電源VSS,VDDの供給を受ける
P,N各チャネル型のトランジスタP71,N71と、
出力増幅器を構成しソースがそれぞれ電源VSS,VD
DにゲートがそれぞれバイアスVN,信号NQにそれぞ
れ接続し各々のドレイン同志を共通接続してコンデンサ
C71の他端と出力端子TNに接続したN,P各チャネ
ル型のトランジスタN72,P72とコンデンサC71
とを備える。
【0013】次に図4(A),(B)を参照して従来の
第1の演算増幅器の動作について説明すると、まずP型
の増幅器20では、バイアス回路8がトランジスタP8
1,N81の各々のゲート幅W,チャネル長Lの各サイ
ズから決定されるバイアス電圧VPを発生し、差動回路
3および出力回路4の各々に供給する。差動回路3のト
ランジスタP31,出力回路4のトランジスタ42の各
々はバイアス電圧VPの供給に応答してそれぞれ電流源
として作動しこれら差動回路3,出力回路4の各回路を
動作させる。差動回路3は入力信号S,BSの電圧差を
増幅し信号PSを出力し出力回路4に供給する。出力回
路4のトランジスタN42は信号PSの供給に応答して
増幅し出力端子TPに出力信号OPを出力する。
【0014】N型の増幅器50では、バイアス電圧がV
Nとなることと信号Q,BQの供給を受けるほかは上記
P型増幅器と逆極性の動作を行い出力端子TNに出力信
号ONを出力する。
【0015】この種の演算増幅器の低消費電流化のため
非動作時にバイアス電圧を遮断することにより出力回路
を遮断する特開平2−33206号公報(文献1)記載
の従来の第2の演算増幅器を図4と共通の構成要素には
共通の参照文字/数字を付して同様に回路図で示す図5
を参照すると、この従来の演算増幅器は図3と共通の差
動回路6に加えて、電源VDD,VSSとの供給を受け
バイアス電圧VNを出力するとともに制御信号Cのレベ
ルに応答してバイアス電圧VNの発生・停止を行うバイ
アス回路15と、信号NQのレベルをシフトして信号S
Qを出力するレベルシフト回路16と、電源VDD,V
SSおよびバイアス電圧VNのの供給を受け信号NQを
増幅して出力信号ONを出力するとともに制御信号Dの
レベルに応答して出力信号ONの出力・遮断を制御する
出力回路17とを備える。
【0016】次に、図5を参照して、従来の第2の演算
増幅器の動作について説明すると、まず通常の動作状態
とするためには、制御端子TCの制御信号Cのレベルを
電源VDDレベルに制御端子TDの制御信号Dを電源V
SSレベルにそれぞれ設定する。バイアス回路15はト
ランジスタP151はオフ状態,N151はオン状態と
なり、トランジスタP152,N152,N153とに
より決定されるバイアス電圧VNを供給する。出力回路
17は、トランスファゲートを構成するトランジスタP
172,N171がともにオン状態となりこれらトラン
ジスタP172,N171を経由してレベルシフト回路
の出力信号SQをトランジスタN173のゲートに供給
する。また、トランジスタP173,N172はオフ状
態となり、トランジスタP174のゲートと電源VDD
との間あるいはトランジスタN173のゲートと電源V
SSとの間はハイインピーダンス状態となり上述した従
来の第1の演算増幅器の出力回路7と同一の動作を行
う。
【0017】次に、低消費電流動作状態とするために
は、制御信号Cのレベルを電源VSSレベルに制御信号
Dを電源VDDレベルにそれぞれ設定する。バイアス回
路15はトランジスタP151はオン状態,N151は
オフ状態となり、したがってトランジスタP152はオ
フ状態となり、トランジスタN152,N153には電
流が流れずバイアス電圧VNはトランジスタN153の
しきい値電圧と等しくなる。これにより、差動回路6の
トランジスタN61,レベルシフト回路16のトランジ
スタN161はオフ状態となり、トランジスタP62,
N61のドレインがハイインピーダンス状態となるの
で、出力信号NQのレベルは差動回路6では定まらなく
なる。出力回路17では、トランジスタP172,N1
71から成るトランスファゲートはオフ状態となり、レ
ベルシフト回路16からの信号SQを遮断する。また、
トランジスタP173,N172の各々はオン状態とな
り、各々のゲートにそれぞれ電源VDD,VSSを供給
することによりトランジスタP174,N173を遮断
する。
【0018】上述の従来の第2の演算増幅器はN型増幅
器のみについて説明したが第1の従来の演算増幅器と同
様にトランジスタの伝導型を逆にしたP型増幅器も当然
用いられる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第1,
第2の演算増幅器は、それぞれバイアス回路を独立に含
むP,N両方の型の増幅器を並列に備えるためバイアス
回路の消費電流が大きくなるという欠点があった。
【0020】また、各々独立のバイアス回路を有するた
めチップ面積が増加するという欠点があった。
【0021】本発明の目的は、バイアス回路を含む消費
電流を低減するとともにチップ面積を縮小できる演算増
幅器を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明の演算増幅器は、
第1のバイアス電圧の供給に応答して動作する第1の電
流源を有し相補の第1の入力信号の供給に応答して差動
増幅し第1の差動信号を出力するむ第1の差動回路と、
前記第1のバイアス電圧の供給に応答して動作する第2
の電流源を有し前記第1の差動信号の供給に応答して第
1の出力信号を出力する第1の出力回路とを含む相補型
MOSトランジスタ回路から成る第1の増幅器と、前記
第1のバイアス電圧と逆極性の第2のバイアス電圧の供
給に応答して動作する第3の電流源を有し相補の第2の
入力信号の供給に応答して差動増幅し第2の差動信号を
出力する第2の差動回路と、前記第2のバイアス電圧の
供給に応答して動作する第4の電流源を有し前記第2の
差動信号の供給に応答して前記第1の出力信号と逆極性
の第2の出力信号を出力する相補型MOSトランジスタ
回路から成る第2の出力回路とを含む第2の増幅器とを
備える演算増幅器において、第1,第2の電源の供給を
受け前記第1,第2のバイアス電圧の各々を発生すると
ともに制御信号の供給に応答してこれら第1,第2のバ
イアス電圧の出力および停止の制御を行うバイアス電圧
発生回路を備えて構成されている。
【0023】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図4
と共通の構成要素には共通の参照文字/数字を付して同
様に回路図で示す図1を参照すると、この図に示す本実
施の形態の演算増幅器は、従来の第1の演算増幅器のP
型の増幅器20と共通の差動回路3および出力回路4を
含む増幅器2とN型の増幅器50と共通の差動回路6お
よび出力回路7を含む増幅器5とに加えて、電源VD
D,VSSの供給を受けバイアス電圧VP,VNを出力
するとともに制御信号Eのレベルに応答してバイアス電
圧VP,VNの発生・停止を行うバイアス回路1を備え
る。
【0024】バイアス回路1は制御信号Eのレベルに応
答してバイアス電圧VP,VNの発生・停止の制御を行
う制御部11と、バイアス電圧VP,VNを発生するバ
イアス部12とを備える。
【0025】制御部11は、共通接続したゲートに制御
信号Eの供給を受け各々のドレイン同志を共通接続しそ
れぞれのソースを電源VDD,VSSに接続したP,N
チャネル型のトランジスタP11,N11と、ゲートを
トランジスタP11のドレインにソースを電源VDDに
ドレインを節点Pにそれぞれ接続したPチャネル型のト
ランジスタP12と、ゲートに制御信号Eの供給を受け
ソースを電源VSSにドレインを節点Nにそれぞれ接続
したNチャネル型のトランジスタN12とを備える。
【0026】バイアス部12は、ソースを電源VDDに
ゲートとドレインを共通接続して節点Pにそれぞれ接続
したPチャネル型のトランジスタP13と、ゲートに制
御信号Eの供給を受けソースを節点Pにドレインを節点
Nにそれぞれ接続したPチャネル型のトランジスタP1
4と、ソースを電源VSSにゲートとドレインを共通接
続して節点Nにそれぞれ接続したNチャネル型のトラン
ジスタN13とを備える。
【0027】次に、図1を参照して本実施の形態の動作
について説明すると、まず通常動作時には、制御信号E
のレベルを電源電圧VSSに設定し、トランジスタP1
1がオン状態,トランジスタN11がオフ状態となる。
これによりトランジスタP12はゲートに電源電圧VD
Dが供給されゲートソース間電圧VGSは0Vとなるの
でオフ状態となる。また、トランジスタN12はゲート
に電源電圧VSSが供給されゲートソース間電圧VGS
は0Vとなるので同様にオフ状態となる。さらに、トラ
ンジスタP14はゲートに電源電圧VSSが供給されゲ
ートソース間電圧VGSはVPとなるのでオン状態とな
る。この結果、ダイオード接続されたトランジスタP1
3のゲート・ドレインとトランジスタP14のソースと
は同電位となりこの節点Pに電位バイアス電圧VPを発
生する。この電圧VPはトランジスタP13のバイアス
電流による電圧降下分だけ電源VDDより低い値とな
る。一方、トランジスタP14,N13の各々のドレイ
ンは同電位となりこの節点Nにバイアス電圧VNを発生
する。この電圧VNはダイオード接続されたトランジス
タN13のバイアス電流による電圧降下分だけ電源VS
Sより高い値となる。
【0028】次に、増幅器2の差動回路3,出力回路4
の各々のトランジスタP31,P42のゲートにバイア
ス電圧VPを供給し、増幅器5の差動回路6,出力回路
7の各々のトランジスタN61,P72のゲートにバイ
アス電圧VNを供給することによりこれら増幅器2,5
は動作状態となる。
【0029】次に、低消費電流動作時には、制御信号E
のレベルを電源電圧VDDに設定し、トランジスタP1
1がオフ状態,トランジスタN11がオン状態となる。
これによりトランジスタP12はゲートに電源電圧VS
Sが供給されオン状態となり、ドレインのレベルは電源
電圧VDDとなる。これによりトランジスタP13はゲ
ートに電源電圧VDDが供給されゲートソース間電圧V
GSは0Vとなるのでオフ状態となる。また、トランジ
スタP14はソースが電源電圧VDDレベルとなりゲー
トに電源電圧VDDが供給されゲートソース間電圧VG
Sは0Vとなるのでオフ状態となる。さらに、トランジ
スタN12はゲートに電源電圧VDDが供給されゲート
ソース間電圧VGSはVDDとなるのでオン状態とな
り、節点Nに接続したドレインはVSSレベルとなる。
トランジスタN13のゲートソース間電圧VGSはゲー
トが節点NのレベルVSS,ソースがVSSであるので
0Vとなりオフ状態となる。したがって、バイアス回路
1では、トランジスタP14がオフ状態であることから
トランジスタP13,N13とが遮断され、バイアス電
流が流れない。またバイアス電圧VP,VNはそれぞれ
VDD,VSSとなる。
【0030】次に、増幅器2の差動回路3,出力回路4
の各々のトランジスタP31,P42のゲートに電源電
圧VDDレベルのバイアス電圧VPを供給すると、次の
ようにそれぞれ動作を停止する。まず、トランジスタP
31のゲートにレベルVDDを供給すると、トランジス
タP31のソースのレベルはもともと電源電圧VDDで
あるのでゲートソース間電圧は0となり、オフ状態とな
る。したがって差動対トランジスタP32,P33およ
び負荷トランジスタN31,N32に対する電流の供給
が停止し、トランジスタP33,N32のドレイン共通
接続点のインピーダンスが上昇ししたがってこの節点の
電位すなわち信号PSのレベルは不定となる。また、ト
ランジスタP42のゲートに電圧VDDを供給するとこ
のトランジスタP42のソースのレベルはもともと電源
電圧VDDであるのでゲートソース間電圧は0となり、
オフ状態となる。これにより出力端子TPに対する吐出
し電流が遮断される。
【0031】同様に、増幅器5の差動回路6,出力回路
7の各々のトランジスタN61,P72のゲートに電源
電圧VSSレベルのバイアス電圧VNを供給すると、増
幅器2と逆極性となる他は同様の動作を行ない動作を停
止する。すなわち、トランジスタN61がオフ状態とな
り、差動対トランジスタN62,N63および負荷トラ
ンジスタP61,P62に対する電流の供給が停止し、
トランジスタN63,P62のドレイン共通接続点のイ
ンピーダンスが上昇し信号NQのレベルは不定となる。
また、トランジスタN72はオフ状態となり、出力端子
TNからの吸込み電流が遮断される。
【0032】次に、本発明の第2の実施の形態のバイア
ス回路1Aを図1と共通の構成要素は共通の文字を付し
て同様に回路図で示す図2を参照すると、この図に示す
バイアス回路1Aの上述の第1の実施の形態との相違点
は、トランジスタP14の代りにゲートをトランジスタ
P12のゲートと共通接続したNチャネル型のトランジ
スタN14を有するバイアス部12Aを備えることであ
る。
【0033】動作については第1の実施の形態と同様で
ある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の演算増幅
器は、第1,第2のバイアス電圧VP,VNの各々を発
生するとともに制御信号Eの供給に応答してこれらバイ
アス電圧VP,VNの出力および停止の制御を行うバイ
アス電圧発生回路を備えることにより、単一のバイアス
回路でP,N両型の増幅器のバイアスを供給するととも
に通常動作と低消費電流動作とを切替ることができるの
で、複数のバイアス回路で必要とした動作時の消費電流
を低減するともにチップ面積を縮小できるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の演算増幅器の第1の実施の形態を示す
回路図である。
【図2】本発明の演算増幅器の第2の実施の形態を示す
バイアス回路の回路図である。
【図3】演算増幅器によるLCD駆動波形の一例を示す
波形図である。
【図4】従来の第1の演算増幅器の一例を示す回路図で
ある。
【図5】従来の第2の演算増幅器の一例を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
1,1A,8,9,15 バイアス回路 2,5,20,50 増幅器 3,6 差動回路 4,7,17 出力回路 11 制御部 12 バイアス部 16 レベルシフト回路 N11〜N14,N31,N32,N41,N42,N
61〜N63,N71,N72,N151,N152,
N171〜N173,P11〜P14,P31〜P3
3,P41,P42,P61,P62,P71,P7
2,P151〜P153,P171〜P174 トラ
ンジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のバイアス電圧の供給に応答して動
    作する第1の電流源を有し相補の第1の入力信号の供給
    に応答して差動増幅し第1の差動信号を出力するむ第1
    の差動回路と、前記第1のバイアス電圧の供給に応答し
    て動作する第2の電流源を有し前記第1の差動信号の供
    給に応答して第1の出力信号を出力する第1の出力回路
    とを含む相補型MOSトランジスタ回路から成る第1の
    増幅器と、前記第1のバイアス電圧と逆極性の第2のバ
    イアス電圧の供給に応答して動作する第3の電流源を有
    し相補の第2の入力信号の供給に応答して差動増幅し第
    2の差動信号を出力する第2の差動回路と、前記第2の
    バイアス電圧の供給に応答して動作する第4の電流源を
    有し前記第2の差動信号の供給に応答して前記第1の出
    力信号と逆極性の第2の出力信号を出力する相補型MO
    Sトランジスタ回路から成る第2の出力回路とを含む第
    2の増幅器とを備える演算増幅器において、 第1,第2の電源の供給を受け前記第1,第2のバイア
    ス電圧の各々を発生するとともに制御信号の供給に応答
    してこれら第1,第2のバイアス電圧の出力および停止
    の制御を行うバイアス電圧発生回路を備えることを特徴
    とする演算増幅器。
  2. 【請求項2】 前記バイアス電圧発生回路が、各々のゲ
    ート同志を共通接続して前記制御信号の供給を受け各々
    のドレイン同志を共通接続し各々のソースを前記第1,
    第2の電源にそれぞれ接続した第1,第2の導電型の第
    1,第2のトランジスタと、ゲートを前記第1のトラン
    ジスタのドレインにソースを前記第1の電源にドレイン
    を第1の節点にそれぞれ接続した第1の導電型の第3の
    トランジスタと、ゲートに前記制御信号の供給を受けソ
    ースを前記第2の電源にドレインを第2の節点にそれぞ
    れ接続した第2の導電型の第4のトランジスタとを備
    え、前記制御信号の第1,第2のレベルに応答して前記
    第1,第2のバイアス電圧の発生および停止の制御を行
    う制御部と、 ソースを前記第1の電源にゲートとドレインを共通接続
    して前記第1の節点にそれぞれ接続した第1の導電型の
    第5のトランジスタと、ゲートに前記制御信号の供給を
    受けソースを前記第1の節点にドレインを前記第2の節
    点にそれぞれ接続した第1の導電型の第6のトランジス
    タと、ソースを前記第2の電源にゲートとドレインを共
    通接続して前記第2の節点にそれぞれ接続した第2の導
    電型の第7のトランジスタとを備え、前記第1,第2の
    節点の各々に前記第1,第2のバイアス電圧を出力する
    バイアス発生部とを備えることを特徴とする請求項1記
    載の演算増幅器。
  3. 【請求項3】 前記バイアス発生部が、前記第6のトラ
    ンジスタの代りにゲートを前記第3のトランジスタのゲ
    ートと共通接続しソースを前記第2の節点にドレインを
    前記第1の節点にそれぞれ接続した第2の導電型の第8
    のトランジスタ備えることを特徴とする請求項2記載の
    演算増幅器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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