JPS6112391B2 - - Google Patents

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JPS6112391B2
JPS6112391B2 JP51048152A JP4815276A JPS6112391B2 JP S6112391 B2 JPS6112391 B2 JP S6112391B2 JP 51048152 A JP51048152 A JP 51048152A JP 4815276 A JP4815276 A JP 4815276A JP S6112391 B2 JPS6112391 B2 JP S6112391B2
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JP
Japan
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channel
gate
constant current
voltage
reference voltage
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JP51048152A
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Japanese (ja)
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JPS52130573A (en
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Tatsuji Asakawa
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Suwa Seikosha KK
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Publication of JPS6112391B2 publication Critical patent/JPS6112391B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(以下MOSと称する)による演算増幅器に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an operational amplifier using an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as MOS).

本発明の第1の目的は、MOSを使用した構成
による演算増幅器の提供にある。
A first object of the present invention is to provide an operational amplifier configured using MOS.

本発明の第2の目的は、通常のMOS製造プロ
セスによつてモノリシツクに製造することのでき
る演算増幅器を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide an operational amplifier that can be manufactured monolithically by a normal MOS manufacturing process.

本発明の第3の目的は、MOSによる論理回路
等のデイジタル部とともに容易にモノリシツク化
することのできる演算増幅器を提供することにあ
る。
A third object of the present invention is to provide an operational amplifier that can be easily made monolithic together with a digital section such as a logic circuit using MOS.

本発明の第三の目的は、その上記差動、演算の
アナログ回路が通常のMOS製造プロセスで容易
にモノリシツク化されることから、必然的に帰結
されるアナログ部が、MOSによる論理回路等の
デイジタル部とともに容易にモノリシツク化され
ることにある。
A third object of the present invention is that since the differential and arithmetic analog circuits described above can be easily monolithic in a normal MOS manufacturing process, the resulting analog section can be made into a MOS logic circuit, etc. The advantage is that it can be easily made monolithic together with the digital part.

最近、飛躍的なデイジタル部のMOS化の著し
い中で、アナログ部をそのMOS製造プロセスの
余り変更なく、できれば全くプロセスの変更を与
えずに構成できれば、各種アナログ回路とデイジ
タル回路が同一MOSチツプに集積化され、価
格、信頼性、設計の容易性、応用性から理想的な
構成となる。又、C―MOSは通常オフ・ロジツ
クであるためにトランジエントステイトのみ電力
を消費する極めて低消費電力の素子構成である。
スイツチングレベルにしてもMOSのスレツシユ
ホルドで決まるために一方がONすれば他方は
OFFするといつた具合に安定であつてそのOFF
インピーダンスが極めて高いために論理振幅が電
源電圧まである。更に入力バイアス電流にしても
絶縁ゲートであるためにMOSは10-12A程度であ
り、演算増幅器の理想的な高入力インピーダンス
が達成される。
Recently, there has been a remarkable shift to MOS in digital parts, and if the analog part could be constructed without much change in the MOS manufacturing process, or if possible, without changing the process at all, various analog circuits and digital circuits could be integrated into the same MOS chip. It is integrated, making it an ideal configuration in terms of price, reliability, ease of design, and applicability. Further, since C-MOS is normally off-logic, it consumes power only in the transient state and has an extremely low power consumption element configuration.
Even the switching level is determined by the MOS threshold, so if one turns on, the other turns on.
When it is turned off, it is stable and when turned off.
Because the impedance is extremely high, the logic amplitude extends up to the power supply voltage. Furthermore, the input bias current of the MOS is approximately 10 -12 A due to the insulated gate, achieving the ideal high input impedance of an operational amplifier.

本発明はこのことに鑑みてC―MOSを使用し
た、演算増幅器を提供せんとするものである。
In view of this, the present invention aims to provide an operational amplifier using C-MOS.

第1図に掲げられるMOSの電流、電圧特性は
第2図のようにそのゲートG―ソースS間電圧V
GSを一定に保ち、ドレインD―ソースS間電圧V
DSを変えてD.S間電流IDSをとると、MOSのスレ
ツシユホルド電圧をVGTとすれば、VDS=VGS
GT を境界にして不飽和領域A、飽和領域Bが
観測される。Bは第一次近似でVDSの線型変化領
域であつて、例えば第3図に示されるように負荷
直線LがVGS=VG2SのIDS曲線上VDS=VD2S
る点で交わつている時、VGS=VG2S+(VG1S
G2S)の信号が入ると、VDS=VD1Sに、又VGS
=VG2S+(VG3S−VG2S)の信号が入るとVDS
D3Sになることによつて、ゲートに入る信号を
ドレインで線型増幅することができる。又、別の
見方をすれば、第2図のBは電流の飽和する、す
なわち定電流領域である。この2つの基本的な特
性を好妙に使い、目的とする演算増幅器を構成す
る。
The current and voltage characteristics of the MOS shown in Fig. 1 are as shown in Fig. 2, and the voltage between the gate G and the source S is V.
Keeping GS constant, drain D-source S voltage V
If DS is changed and the inter-DS current I DS is taken, then if the threshold voltage of the MOS is V GT , then V DS = V GS
An unsaturated region A and a saturated region B are observed with V GT as the boundary. B is the linear variation region of V DS in the first approximation, and for example, as shown in Fig. 3, the load straight line L intersects the I DS curve of V GS = V G2S at the point where V DS = V D2S . When V GS = V G2S + (V G1S
When a signal of V G2S ) is input, V DS = V D1S and V GS
When a signal of =V G2S + (V G3S - V G2S ) is input, V DS =
By setting the voltage to V D3S , the signal entering the gate can be linearly amplified at the drain. From another perspective, B in FIG. 2 is a constant current region where the current is saturated. These two basic characteristics are used wisely to construct the desired operational amplifier.

本発明の演算増幅器は、第4図に示されるよう
に基準電圧源C、及びその電圧を受ける定電流バ
イアス部D、入力部ミラー・ペア差動段E及びF
より構成され、第4図の実施例においては、更に
入力部ミラーペア差動段E及びFの差動出力をレ
ベル・シフトしつつ増幅するレベルシフト増幅段
G、その出力をさらに増幅し所望の低インピーダ
ンスで出力する出力段Hとを有している。E及び
FにDは直列に接続され、全体として差動増幅器
を構成する。基準電圧源Cを入れる理由は、演算
増幅器における電源電圧変動、温度変動を極めて
小さくさせるためである。例えばEおよびFに生
ずるオフセツト電圧の電源、温度による変動は安
定な基準電圧源Cと、定電流バイアス部Dにより
大幅に改善することができる。このような構成を
具体化した第1例が第5図に示してある。
As shown in FIG. 4, the operational amplifier of the present invention includes a reference voltage source C, a constant current bias section D receiving the voltage, and an input mirror pair differential stage E and F.
In the embodiment shown in FIG. 4, there is also a level shift amplification stage G that level-shifts and amplifies the differential output of the input mirror pair differential stages E and F; It has an output stage H that outputs impedance. D is connected to E and F in series, and the whole constitutes a differential amplifier. The reason for including the reference voltage source C is to minimize power supply voltage fluctuations and temperature fluctuations in the operational amplifier. For example, fluctuations in offset voltages occurring at E and F due to power source and temperature can be greatly improved by using a stable reference voltage source C and constant current bias section D. A first example embodying such a configuration is shown in FIG.

第5図はVDD―GND―VSS二電源構成の演算
増幅器である。第5図について順次説明しよう。
FIG. 5 shows an operational amplifier with a dual power supply configuration of V DD - GND - V SS . Let us explain Fig. 5 one by one.

基準電圧源CはGNDに対して基準電圧を発生
させる。電源変動、温度変動に対して安定である
ように、その電圧は発生させねばならない。又、
GNDがVDDとVSSの丁度中間の電位でなくとも
安定な回路構成を設定する。この要請とMOSの
みで構成するために基準電圧はMOSのスレツシ
ユホルドの差をGND.Vgに対し発生させる形式と
する。Nチヤンネルトランジスタ1及び2は全く
同じ特性の素子であつて、VDD―VSS=Vddとす
ると、その出力はVdd―Vgとなる。Nチヤンネ
ルトランジスタ3及び4はコンダクタンス係数は
等しいがスレツシユホルドが違い、そのスレツシ
ユホルドを3はVTN、4はVGTNとするとその出
力VSTはVST=VTN−VGTN+Vgとなる。このス
レツシユホルドの違うNチヤンネルトランジスタ
の製造はイオン打ち込みでチヤネルドーピングす
ることによつて造られる。通常のC―MOSは低
濃度N-基盤にP-層が形成されているため、そも
そもP-層を所望のVTNとなるように比較的高濃
度とし、VGTNを得るためには、例えば31P+をチ
ヤネルドーピングでゲートから打ち込んで造るこ
とができる。その時、3,4を同じゲート膜厚、
ほぼ等しいチヤネル長、チヤネル幅にしてあれ
ば、3,4のトランジスタはコンダクタンス係数
のほぼ等しい、スレツシユホルドの違うトランジ
スタとすることができ、又、温度特性もスレツシ
ユホルドのシフトがネツトな打ち込み量を
Nnet、電荷素量q、単位ゲート容量をCoxとする
とqNnet/Coxで与えられるために同等であると
見て良 く、コンダクタンス係数も同等であると見てさし
つかえない。ところが逆にP-層を低濃度とし、
11B+チヤネルドーピングで高いスレツシユホルド
を得る方法はその方法が非常に構造敏感であつ
て、コンダクタンス係数、スレツシユホルドがそ
の構造敏感性を繁栄し、3,4のトランジスタの
コンダクタンス係数を論理的、実験的に補正して
等しくすることは難しい。またゲート膜厚を3で
厚く、4で薄くコントロールする方法は、コンダ
クタンス係数はそのジオメトリーで同等にできる
としても、スレツシユホルドの温度特性がゲート
膜厚に依存するためにこれも良くない。結局、最
初に述べた方法で基準電圧を得ることができる。
以下、このようなチヤネルドーピングによる低い
スレツシユホルドのトランジスタは第5図のよう
にゲートに破線をそえて表わすことにする。又、
Cの回路においてNチヤネルトランジスタを採用
したのは、通常のC―MOSではPチヤネルトラ
ンジスタのサブストレートN-が共通であつて、
電源に浮かすことのできるサブストレートはP-
だけだからである。さらに1,2のトランジスタ
の特性を一致させるためにはボデイ効果を生じな
い、サブストレートソースの共通な使用が必要だ
からである。ところでCの回路構成は第6図のよ
うにしても同様に行なうことができる。この回路
では18,20のNチヤネルトランジスタのコン
ダクタンス係数の比と19,21のPチヤネルト
ランジスタのコンダクタンス係数の比を一致させ
ることにより、19,21のPチヤネルトランジ
スタのスレツシユホルドの差を基準電圧として発
生させることができる。この場合もスレツシユホ
ルドの違つたものを造るためにはそもそも高濃度
のN-基盤を採用し、低いスレツシユホルドのト
ランジスタを造るためには例えば11B+によりチヤ
ネルドーピングする。或いはチヤネルドーピング
を19,21両方に施し、そのドービング量を1
9と21で変えてももちろん良い。このことは第
5図における3,4についても言えることであ
る。又、18,20のトランジスタはゲートに破
線をそえないスレツシユホルドのものであつても
良いし、GNDがVdd/2の時は第5図においてはNチ ヤネルトランジスタ1,2は省略し、3のNチヤ
ネルトランジスタのゲート電位をVgとすること
ができる。
A reference voltage source C generates a reference voltage with respect to GND. The voltage must be generated so that it is stable against power supply fluctuations and temperature fluctuations. or,
To set up a stable circuit configuration even if GND is not at a potential exactly between V DD and V SS . In order to meet this requirement and consist of only MOS, the reference voltage is of a type that generates a difference in the threshold of MOS with respect to GND.Vg. N-channel transistors 1 and 2 are elements with exactly the same characteristics, and when V DD -V SS =V dd , their output becomes V dd -Vg. N-channel transistors 3 and 4 have the same conductance coefficient but different thresholds. If the thresholds are V TN for 3 and V GTN for 4, the output V ST is V ST =V TN -V GTN +Vg. N-channel transistors with different thresholds are manufactured by channel doping by ion implantation. Since a normal C-MOS has a P - layer formed on a low concentration N - substrate, the P - layer must be made relatively highly doped to obtain the desired V TN , and in order to obtain V GTN , for example, 31 P + can be made by channel doping and driving it from the gate. At that time, 3 and 4 are the same gate film thickness,
If the channel length and channel width are approximately equal, transistors 3 and 4 can be transistors with approximately the same conductance coefficient but different thresholds, and the temperature characteristics will also be such that the threshold shift will affect the net implantation amount.
If Nnet, elementary charge q, and unit gate capacitance are Cox, they can be considered to be equivalent because they are given by qNnet/Cox, and it is safe to assume that the conductance coefficients are also equivalent. However, on the other hand, if the concentration of the P - layer is low,
11 The method of obtaining a high threshold with B + channel doping is that the method is very structure sensitive, and the conductance coefficient, the threshold increases its structure sensitivity, and the conductance coefficient of 3 or 4 transistors can be calculated theoretically and experimentally. It is difficult to correct and make them equal. Furthermore, the method of controlling the gate film thickness to be thick at 3 and thin at 4 is not good because the temperature characteristics of the threshold depend on the gate film thickness, even though the conductance coefficients can be made the same depending on the geometry. After all, the reference voltage can be obtained using the method described at the beginning.
Hereinafter, such a low threshold transistor due to channel doping will be represented by a broken line at the gate as shown in FIG. or,
The reason why N-channel transistors were used in the C circuit is that in normal C-MOS, the substrate N - of P-channel transistors is common.
Substrates that can be floated on a power supply are P -
This is because only Furthermore, in order to match the characteristics of the first and second transistors, it is necessary to use a common substrate source that does not cause a body effect. Incidentally, the circuit configuration of C can be similarly implemented as shown in FIG. In this circuit, by matching the ratio of the conductance coefficients of the N-channel transistors 18 and 20 and the conductance coefficients of the P-channel transistors 19 and 21, the difference between the thresholds of the P-channel transistors 19 and 21 is generated as a reference voltage. can be done. In this case as well, in order to produce a transistor with a different threshold, a high concentration N - substrate is used in the first place, and in order to produce a transistor with a lower threshold, channel doping is performed, for example with 11 B + . Alternatively, apply channel doping to both 19 and 21, and reduce the doping amount to 1.
Of course, you can change it between 9 and 21. This also applies to 3 and 4 in FIG. Also, transistors 18 and 20 may be threshold type transistors that do not have a broken line on their gates, and when GND is V dd /2, N-channel transistors 1 and 2 are omitted in FIG. The gate potential of the N-channel transistor can be set to Vg.

次にC部基準電圧を受けてD部定電流バイアス
回路は、その基準電圧をGNDレベルからVSS
ベルの測度に変換し、差動増幅器E,Fの定電流
源トランジスタ9のゲート電位を一定に保ち良好
な定電流バイアスを達成する。この定電流バイア
スにより、電圧変動、温度変動に対しても差動段
のオフセツトの影響を最小限にし、演算増幅の高
精度化を達成することができる。
Next, in response to the C part reference voltage, the D part constant current bias circuit converts the reference voltage from the GND level to a measure of the V SS level, and keeps the gate potential of the constant current source transistors 9 of the differential amplifiers E and F constant. Keep to achieve good constant current bias. This constant current bias makes it possible to minimize the influence of the offset of the differential stage even with voltage fluctuations and temperature fluctuations, thereby achieving high precision in operational amplification.

Nチヤネルトランジスタ5及び7のコンダクタ
ンス係数の比とPチヤネルトランジスタ6及び8
のコンダクタンス係数の比を一致させることによ
り、定電流源Nチヤネルトランジスタ9のゲート
電圧はVSSレベルからの測定にしてC部基準電源
出力がVTN―VGNとなる。このようにするために
はスレツシユホルドを予めVTN>2VGTNとするよ
うに選ぶ必要がある。VG=VTN−VGTNとしたこ
とによつて定電流源9のゲート電位が、電源変
動、温度変動に対し安定であつて、その定電流性
は非常に安定となる。このトランジスタの定電流
性が効果的に発揮されるためには、第2図B定電
流性が良くなるようにVTN−2VGTNが演算増幅器
の速度、すなわちスルーレイトを所望の値より落
とさない範囲で小さくすることが必要である。
Ratio of conductance coefficients of N-channel transistors 5 and 7 and P-channel transistors 6 and 8
By matching the ratio of the conductance coefficients of the constant current source N-channel transistor 9, the gate voltage of the constant current source N-channel transistor 9 is measured from the V SS level, and the C section reference power supply output becomes V TN -V GN . In order to do this, it is necessary to select the threshold in advance so that V TN >2V GTN . By setting V G =V TN -V GTN , the gate potential of the constant current source 9 is stable against power supply fluctuations and temperature fluctuations, and its constant current property is extremely stable. In order for the constant current property of this transistor to be effectively exhibited, it is necessary that V TN -2V GTN does not reduce the speed of the operational amplifier, that is, the slew rate, below the desired value in order to improve the constant current property shown in Figure 2B. It is necessary to reduce the range.

次にE,F、及び定電流源トランジスタ9を含
めた差動増幅段は、演算増幅器の最も重要な回路
であつて、偏に演算増幅器の性能はこの回路に依
存するといつても過言ではない。Nチヤネルトラ
ンジスタ10及び12、Pチヤネルトランジスタ
11及び13はそれぞれ特性の全く等しいミラー
ペアーの素子である。従つて12のゲート電圧す
なわち反転入力VI、10のゲート電圧、すなわ
ち非反転入力VNIが等しい同相入力の時は、それ
ぞれの出力VDIとVDNIが等しくなつている。P
チヤネルトランジスタ11のゲート.ドレインが
接続され、さらにそれが13のゲートとともに接
続されているためにミラーペアーの11,13は
ともに第2図Bの領域にあるからである。しかも
同相入力は出力として増幅されない。なぜなら、
定電流源9に流れ込む電流は一定であり、その半
分ずつが、11,13から流れ出すから、11,
13の実効ゲート電圧は一定であり、従つて、V
DNT,VDIが一定となるからである。
Next, the differential amplification stage including E, F, and constant current source transistor 9 is the most important circuit of an operational amplifier, and it is no exaggeration to say that the performance of an operational amplifier depends on this circuit. . N-channel transistors 10 and 12 and P-channel transistors 11 and 13 are elements of a mirror pair having exactly the same characteristics. Therefore, when the gate voltages of 12, ie, the inverting input V I , and the gate voltages of 10, ie, the non-inverting input V NI are equal in-phase inputs, the respective outputs V DI and V DNI are equal. P
Gate of channel transistor 11. This is because the drains are connected and are further connected together with the gate of 13, so that mirror pairs 11 and 13 are both in the region of FIG. 2B. Moreover, the common mode input is not amplified as an output. because,
The current flowing into constant current source 9 is constant, and half of it flows from 11 and 13, so 11,
The effective gate voltage of 13 is constant, so V
This is because DNT and V DI are constant.

又、VNI=VI+αとなる入力が入つた場合
は、VNI=(VI+α/2)+α/2,VI=(VI+α
/2)−α/2 のようにα/2の同相、α/2の差入力と考えられ、1
2 の実効ゲート電位増加は−α/2、10の実効ゲート 電位増加はα/2、従つて10,11のコンダクタン ス係数がほぼ等しい時は11、すなわち13の実
効ゲート電位増加もα/2となることによつて、1 2,13のドレイン接続端子の電圧VDIは12の
トランジスタに電流をもつと流し込み、13のト
ランジスタからはもつと流さないように移動し、
そのシンク.ソースの一致する点で平衡となる効
果的な差動入力の増幅をする。それは、第3図に
おけるLの代わりに、VGS=VG2Sのトランジス
タ曲線をVDS=Vddの点から対称に描き、それを
負荷曲線としたことにほぼ他ならず、Lの傾きが
ほぼ零であるような構成であり、そのVG1S〓VG
2S−αなる信号が増幅されたことになるからであ
る。従つてこの差動増幅器の同相抑圧比は高く、
さらに、定電流源9のゲート電圧が電源変動、温
度変動に対し安定であるために、同相抑圧比のそ
れも安定である。VSI,VSNIはオフセツト調整
用端子で、第7図のように3端子可変抵抗で調整
してもよいし、第8図のように22,23の抵抗
を半導体内の拡散抵抗、多結晶シリコン抵抗等で
モノリシツクに構成し、トランジスタ11、抵抗
22と、トランジスタ13、抵抗23間とを外部
で2端子可変抵抗で調整することもできる。又、
第7図において、トランジスタ10のソースをV
SNI、トランジスタ12のソースをVSIとし、ト
ランジスタ9のドレインをVDDに代えて、この間
に3端子可変抵抗を挿入しても同様の効果が得ら
れる。
Also, when an input that makes V NI = V I + α is input, V NI = (V I + α/2) + α/2, V I = (V I + α
/2) - α/2, which is considered to be an in-phase input of α/2 and a differential input of α/2, and 1
The effective gate potential increase of 2 is -α/2, and the effective gate potential increase of 10 is α/2. Therefore, when the conductance coefficients of 10 and 11 are almost equal, the effective gate potential increase of 11, that is, 13 is also α/2. As a result, the voltage V DI at the drain connection terminals 1, 2, and 13 moves so that any current flows into the transistor 12, but does not flow from the transistor 13,
That sink. Provides effective differential input amplification that is balanced at the point where the sources match. This is essentially nothing more than drawing the transistor curve of V GS = V G2S symmetrically from the point of V DS = V dd instead of L in Fig. 3 and using it as the load curve, and the slope of L is approximately It has a configuration such that it is zero, and its V G1S 〓V G
This is because the signal 2S −α is amplified. Therefore, the common mode suppression ratio of this differential amplifier is high,
Furthermore, since the gate voltage of the constant current source 9 is stable against power supply fluctuations and temperature fluctuations, the common mode suppression ratio is also stable. V SI and V SNI are offset adjustment terminals, which can be adjusted with a 3-terminal variable resistor as shown in Figure 7, or by using resistors 22 and 23 with diffused resistors in semiconductors or polycrystalline resistors as shown in Figure 8. It is also possible to configure it monolithically using a silicon resistor or the like, and adjust the distance between the transistor 11 and the resistor 22, and between the transistor 13 and the resistor 23 externally using a two-terminal variable resistor. or,
In FIG. 7, the source of transistor 10 is connected to V
The same effect can be obtained by replacing SNI with the source of transistor 12 as V SI and the drain of transistor 9 with V DD and inserting a three-terminal variable resistor between them.

又、このようなオフセツト電圧をそもそも低く
押える設計の工夫も大切である。例えば、素子1
0,12を例にとると、それは第9―a図を改善
した第9―b図に示されるように素子の配置を考
慮することによつて、素子の特性を決めるコンダ
クタンス係数(移動度、ゲート膜厚、チヤネル
長、チヤネル幅)、スレツシユホルド、それに、
第2図B領域の∂VDS/∂IDSG=一定で与え
られる飽 和抵抗をも、ほぼそろえることができる。それ
は、ウエハー内における特性の分布の偏りを補正
することができるからである。さらに素子のパタ
ーン上の問題の上に、もう一点、演算増幅器のス
ルーレイトを所望の値より落とさない範囲で、差
動増幅器の定電流値を小さくする、すなわち定電
流源9の実効ゲート電圧VTN−2VGTNを小さく押
えることである。又、9のゲート電圧が一定に保
たれていることと、コンダクタンス係数が第9―
b図の考慮からばらつきが低く押えられること
で、オフセツト電圧の電源変動、ひいては電源変
動除去比も向上させることができる。温度変動も
コンダクタンス係数のばらつきが低く押えられる
こと、9の実効ゲート電圧が小さくされているこ
とから向上させることができる。さらに、差動入
力素子がNチヤネルトランジスタであることか
ら、下は2VGTNのやや下から上はVDDのほぼ上ま
での入力を入れることがでできる。さらに下をV
GTNのやや下までの入力に向上させるためには、
ボデイ効果によるスレツシユホルドの増減から来
るオフセツトの変動をあまり問題としなければ、
第10図の如く24,25のサブストレートをV
SSにすることができる。
It is also important to devise a design that keeps such offset voltage low in the first place. For example, element 1
0 and 12, the conductance coefficient (mobility, mobility, gate film thickness, channel length, channel width), threshold, and
The saturation resistances given by ∂V DS /∂I DS V G = constant in region B of FIG. 2 can also be made almost the same. This is because the bias in the distribution of characteristics within the wafer can be corrected. Furthermore, in addition to the problem with the element pattern, one more point is to reduce the constant current value of the differential amplifier within a range that does not reduce the slew rate of the operational amplifier below the desired value, that is, the effective gate voltage V of the constant current source 9. TN −2V The goal is to keep GTN small. Also, the gate voltage of 9 is kept constant and the conductance coefficient is 9-
By keeping the variation low in consideration of figure b, it is possible to improve the power supply fluctuation of the offset voltage and, by extension, the power supply fluctuation rejection ratio. Temperature fluctuations can also be improved because variations in the conductance coefficient are kept low and the effective gate voltage of 9 is made small. Furthermore, since the differential input elements are N-channel transistors, it is possible to input inputs from slightly below 2V GTN at the bottom to almost above VDD at the top. V further down
To improve the input to slightly below GTN ,
If the variation in offset resulting from the increase/decrease in the threshold due to the body effect is not a big problem,
As shown in Figure 10, the substrates 24 and 25 are
It can be made into SS .

次に、差動段の出力を受けてレベル・シフト回
路Gは差動出力のレベルをシフトしつつ、さらに
増幅する。同時に、差動回路、定電流源、レベ
ル・シフト回路を含む系全体としてこの変動、例
えば温度、電源の変動は、増幅しない。なぜな
ら、それらの要因に対してNチヤネルトランジス
タ14、Pチヤネルトランジスタ15がそれぞれ
のソースからドレイン方向に見て同方向に変動す
るために、出力VLが変化しないからである。
又、ここでも、増幅の仕方は第3図においてVGS
=VG2Sのトランジスタ曲線をVDS=Vddの点か
ら対称に描き、その曲線に対してVGS=VG2S
曲線を負荷曲線としたことにほぼ他ならず、その
増幅率は高い。
Next, upon receiving the output of the differential stage, the level shift circuit G shifts the level of the differential output and further amplifies it. At the same time, the system as a whole including the differential circuit, constant current source, and level shift circuit does not amplify these fluctuations, such as fluctuations in temperature and power supply. This is because the output V L does not change because the N-channel transistor 14 and the P-channel transistor 15 fluctuate in the same direction as viewed from their respective sources to the drains due to these factors.
Again, the method of amplification is V GS in Figure 3.
=V G2S is drawn symmetrically from the point of V DS =V dd , and the curve of V GS =V G2S is used as a load curve with respect to that curve, and its amplification factor is high.

最後に、VLの出力を受けて出力バツフアを構
成するNチヤネルトランジスタ16、Pチヤネル
トランジスタ17のインバータが入力を増幅しつ
つ出力する。16,17とも高いスレツシユホル
ドとしたのは、出力VOの線型増幅の範囲を広げ
るためで、出力インピーダンスを下げる方に重点
が置かれるならば、チヤネル長を他の増幅段より
小さくするか、或いは第11図のように26,2
7をチヤネル・ドーピングによる低いスレツシユ
ホルドにすることでできる。さらに出力回路のゲ
インを犠性にしても低インピーダンス出力とする
ためには、第12図のように、28,29Nチヤ
ネルトランジスタによるソース・フオロワー出力
構成ができる。この29のサブストレートはソー
スと共通にしなくともVSSに接続することでほぼ
同様の効果を得ることができる。
Finally, upon receiving the output of V L , an inverter consisting of an N-channel transistor 16 and a P-channel transistor 17 forming an output buffer amplifies the input and outputs it. The reason why thresholds 16 and 17 are set high is to widen the range of linear amplification of the output V O. If the emphasis is on lowering the output impedance, the channel length should be made smaller than that of other amplification stages, or 26,2 as shown in Figure 11
7 to a low threshold by channel doping. Furthermore, in order to obtain a low impedance output even if the gain of the output circuit is sacrificed, a source-follower output configuration using 28 and 29N channel transistors can be used as shown in FIG. Almost the same effect can be obtained by connecting this 29 substrate to V SS without making it common to the source.

又、C―MOSではNチヤネルサブストレート
を形成するP-層を使つてコレクタ接地NPNのエ
ミツタフオロア回路が同時に送られるため、これ
に抵抗体として拡散或いは多結晶シリコンを接続
するか、例えば第12図28の如くNチヤネル
MOSを負荷とする等して低インピーダンスエミ
ツタフオロア出力回路も可能である。
In addition, in C-MOS, since the emitter follower circuit of the collector-grounded NPN is simultaneously sent using the P - layer forming the N-channel substrate, it is necessary to connect diffused or polycrystalline silicon as a resistor to this, for example, as shown in Fig. 12. 28 Like N Channel
A low impedance emitter follower output circuit is also possible by using a MOS as a load.

第5図の演算増幅器を差動増幅器として用い、
OとVI,VNI間で帰還をかけない構成ならば問
題はないが、帰還をかける形式で問題となるのは
発振に対する安定性である。周波数補正コンデン
サーをつけて補正する場合には、第13図a、第
13図bのように30,31のコンデンサーをつ
けることで補正される。もちろん、30のVDD
SS或いはGNDに替え得る。又、31の方が3
0に比べて同じ周波数補正ではレベルシフト段の
増幅率分の1にほぼ容量を小さくできる。さら
に、ボルテージ・フオロワーのように最も発振の
起り安い場合には、出力回路のゲインを犠性にし
て直接VLを出力としたり、或いは出力回路のチ
ヤネル長を他の増幅段より小さくとるか、若しく
は第11図のように増幅する範囲をかなり狭くし
てゲインを下げたり、第12図のように出力回路
ゲインを小さく、例えば1にしてしまつたりすれ
ば、さらに補正容量は出力回路のゲイン分の1に
小さくできる。この場合で第13図bの形をとる
ものと、例えばVOからVIに容量帰還するなどの
補正の場合では、その補正用コンデンサーを第1
4図の如くMOS型容量でモノリシツクに造り込
むことができる。第14図においては、32は
N-基盤で33はP+高濃度領域、34はゲート酸
化膜、35は配線用のメタル例えばアルミニウ
ム、36はP+領域とのコンタクトで、アルミニ
ウム、基盤の半導体例えばシリコンとのアロイ形
成領域である。この容量の分布は集中定数で表わ
すと、第15図のように形成されるが、容量37
は、その単位面積容量が、ゲート酸化膜の誘電率
をεOX、膜厚をτとすると、εOX/τで与えられ
るから、τを小さくすれば容量は大きくなるが、
チヤネルドーピングに適する膜厚はほぼ1000Å内
外以下であるために、他のMOSトランジスタ素
子のゲート膜形成時に同時に造り込むことがで
き、又容量38はP+拡散層が通常1〜数μであ
つて、基盤例えばシリコンの誘電率がゲート膜の
それに比して大といえども、32の基盤濃度がそ
れ程高くないために37>38である。従つて、第1
5図における端子35,36は、第13図―bの
場合ではVDI,VLどちらにしても良く、35が
DIに36がVLの時は15のトランジスタと共
通に造ることができる。ドレインが33にゲート
が35になるからである。又、容量38の寄生が
問題となる時は、35はVLに、36はVDIとす
る方が良く、又入力に容量帰還する形式では、3
5はVOに、36はVIにする方が良い。通常のC
−MOSでは又、容量としてNチヤンネル領域も
使用することが出来、第14図で32をP-に3
3をN+にすればできる。
Using the operational amplifier shown in Figure 5 as a differential amplifier,
There is no problem if the configuration does not apply feedback between V O , V I , and V NI , but the problem with a configuration in which feedback is applied is stability against oscillation. If a frequency correction capacitor is used for correction, it is corrected by adding capacitors 30 and 31 as shown in FIGS. 13a and 13b. Of course, 30V DD can be replaced with V SS or GND. Also, 31 is 3
Compared to zero, with the same frequency correction, the capacitance can be reduced to approximately 1/the amplification factor of the level shift stage. Furthermore, in the case where oscillation is least likely to occur, such as in a voltage follower, it is necessary to directly output V L at the expense of the gain of the output circuit, or to make the channel length of the output circuit smaller than that of other amplification stages. Alternatively, if you narrow the amplification range considerably to lower the gain as shown in Figure 11, or reduce the output circuit gain to 1, for example, as shown in Figure 12, the correction capacitance will further increase the gain of the output circuit. It can be made smaller by a factor of 1. In this case, in the case of the form shown in Fig. 13b, and in the case of correction such as capacitance feedback from V O to V I , the correction capacitor is
As shown in Figure 4, it can be fabricated monolithically using a MOS type capacitor. In Figure 14, 32 is
In the N - base, 33 is a P + high concentration region, 34 is a gate oxide film, 35 is a metal for wiring, such as aluminum, and 36 is a contact with the P + region, which is an alloy formation region with aluminum and the substrate semiconductor, such as silicon. be. If this capacitance distribution is expressed as a lumped constant, it will be formed as shown in Figure 15, but the capacitance 37
The unit area capacitance is given by ε OX /τ, where ε OX is the dielectric constant of the gate oxide film and τ is the film thickness, so if τ is made smaller, the capacitance increases,
Since the film thickness suitable for channel doping is about 1000 Å or less, it can be formed at the same time as forming the gate film of other MOS transistor elements. Although the dielectric constant of the substrate, for example silicon, is higher than that of the gate film, the concentration of the substrate 32 is not so high, so 37>38. Therefore, the first
Terminals 35 and 36 in Fig. 5 may be either V DI or V L in the case of Fig. 13-b, and when 35 is V DI and 36 is V L , they can be made in common with transistor 15. . This is because the drain is 33 and the gate is 35. Also, when parasitic capacitor 38 becomes a problem, it is better to set 35 to V L and 36 to V DI , and in the case of capacitive feedback to the input, 3
It is better to set 5 to V O and 36 to V I. normal C
-MOS can also use the N-channel region as a capacitor, and in Figure 14, 32 can be changed to P - 3.
You can do this by changing 3 to N + .

ところで、第5図から第15図までの本発明の
演算増幅器は又、通常のC―MOSがN-基盤上に
製造されるのをNに、P-基盤に代えて製造して
も何らそこなわれるものではない。その時は、拡
散形式をPをNをPにし、コンダクタンスの形式
をPチヤンネルはNチヤンネルに、Nチヤンネル
はPチヤンネルに各々代えるだけである。又、
E,F,G,HはチヤネルドーピングをP、Nい
ずれか若しくはP,N両方ともしないMOSトラ
ンジスターでも構成はできるし、チヤネルドーピ
ングにしてもPチヤネル若しくはNチヤネルのみ
の一方だけで第5図から第15図までの本発明を
製造し得る。例えば、イオン打ち込みは11B+だけ
にしてC回路を第6図で構成し、Nチヤネルのゲ
ート破線をとり、そもそもPチヤネルのチヤネル
ドーピングに合わせて低いスレツシユホールドの
ものを造る類である。
By the way, the operational amplifiers of the present invention shown in FIGS. 5 to 15 also have no problem even if the ordinary C-MOS is manufactured on an N - substrate instead of an N-substrate and a P - substrate. It's not something you can do. In that case, all that is required is to change the diffusion format from P to N to P, and to change the conductance format from P channel to N channel, and from N channel to P channel. or,
E, F, G, and H can be configured with MOS transistors with either P or N channel doping or without both P and N channels, or even if channel doping is used, only one of P channel or N channel is required as shown in Figure 5. The invention up to FIG. 15 can be manufactured. For example, the C circuit is constructed as shown in FIG. 6 by implanting only 11 B + ions, and the broken line of the N channel gate is taken, and a low threshold is created in accordance with the channel doping of the P channel.

雑音に対する安定性を向上させるためには、ト
ランジスタのゲート膜厚を薄く、ゲート面積を大
きくとることである。ゲート膜厚を薄くすること
は飽和抵抗を向上させることからゲインも高くな
り、ゲート面積を大きくとることは、やはり飽和
抵抗がチヤネル長の増大に伴つて向上することか
らゲインを高くする。C−MOSによる3段増幅
段構成では、演算増幅器はゲート膜厚1000Å内外
以下、チヤネル長をマスク上で10μ以上とデイジ
タルのロジツクサイズより大きく、基盤濃度を
1014/cm2以上とするアルミゲートトランジスタ構
成で、オープンループゲインを104倍以上とるこ
とができるし、電源電圧も素子の電気的絶縁を施
すダイオードの逆方向リークを減少させるために
そのストツパー間隙を2μ以上とすれば5V以上
の構成となる。
In order to improve stability against noise, it is necessary to reduce the gate film thickness of the transistor and increase the gate area. Decreasing the gate film thickness improves the saturation resistance, which increases the gain, and increasing the gate area also increases the gain, since the saturation resistance improves as the channel length increases. In a three-stage C-MOS amplification stage configuration, the operational amplifier has a gate film thickness of 1000 Å or less, a channel length of 10 μ or more on the mask, which is larger than the digital logic size, and the substrate concentration is
With an aluminum gate transistor configuration of 10 14 /cm 2 or more, it is possible to obtain an open loop gain of 10 4 times or more, and the power supply voltage can be adjusted to a stopper to reduce reverse leakage of the diode that electrically insulates the element. If the gap is 2μ or more, the voltage will be 5V or more.

又、上記本発明は差動増幅器として使用するこ
とができ、その使い方は、C或いはDと合わせて
差動段のみの使い方、レベルシフト回路まで含め
ての使い方、出力回路まで含めての使い方の他、
レベルシフト段の出力に差動段を接続しての使い
方、差動段に差動段を接続しての使い方等、幾つ
か用途に合わせて使うことができる。又、コンパ
レーターとして、二信号を比較することにも使用
できるし、VDD以上の入力電圧は、ボルテージフ
オロアーではカツトする、いわば整流器としても
使用できる。
Furthermore, the present invention described above can be used as a differential amplifier, and it can be used in various ways: using only the differential stage together with C or D, including the level shift circuit, and including the output circuit. other,
It can be used in several ways, such as by connecting a differential stage to the output of a level shift stage, or by connecting a differential stage to a differential stage. It can also be used as a comparator to compare two signals, and input voltages higher than V DD can be cut off by a voltage follower, so to speak, as a rectifier.

次に、VDD―VSS一電源使用の演算増幅器は、
第5図或いは第6図における基準電圧源C,Dを
それぞれ第16図、第17図の様にすることで可
能である。第16図においては、第15図におけ
る全く特性の等しいNチヤネルトランジスタ1,
2のうち1のゲートをドレインと接続することで
内部にGNDをつくり、5のソースをこれと接続
し、5による電流の増加を5と全く特性の等しい
39を新たに1と並列させて接続することでその
GNDの安定化させている。なぜなら、5の実効
ゲート電圧は39の実効ゲート電圧になるからで
ある。第17図においては、全く特性の等しい4
0,41のNチヤネルトランジスタでGNDをつ
くり、5のソースをこれと接続し、5による電流
の増加を5と全く特性の等しい42を新たに40
と並列させて接続することでそのGNDを安定化
させている。この第16図、第17図においても
先述した注意、すなわちN-基盤からではなくP-
基盤でMOSを造つた場合のこと、さらにチヤネ
ルドーピングの施し方の有無は有効である。例え
ば、第16図、第5図のF,E,G,Hにおいて
イオン打ち込みとして、例えば31P+のみを使用
し、Pチヤネルトランジスタのゲートの破線をと
り、チヤネルドーピングされるNチヤネルトラン
ジスタのスレツシユホルドに合わせてPチヤネル
トランジスタのスレツシユホルドを合わせ、N-
基盤の濃度を決定するとか、第17図において、
40,41はチヤネルドーピングしないNチヤネ
ルトランジスタとするとか、或いは第17図、第
5図のE,F,G,Hにおいて、イオン打ち込み
として、例えば″B+のみを使用し、Nチヤネルト
ランジスタのゲート破線をとり、チヤネルドーピ
ングされるPチヤネルトランジスタのスレツシユ
ホルドに合わせて、Nチヤネルトランジスタの
P-層の濃度を決定する類である。又、このよう
な一電源使用ができると、微小信号の増幅で外部
GNDをVDDとする非常に興味ある構成がとれ
る。又、先述した差動増幅器、コンパレータ、整
流器等の使用ももちろん可能である。
Next, an operational amplifier using one power supply with V DD - V SS is:
This is possible by replacing the reference voltage sources C and D in FIG. 5 or 6 with those shown in FIGS. 16 and 17, respectively. In FIG. 16, the N-channel transistors 1 and 1, which have exactly the same characteristics in FIG.
Create GND internally by connecting the gate of 1 of 2 to the drain, connect the source of 5 to this, and connect 39, which has exactly the same characteristics as 5, in parallel with 1 to increase the current due to 5. By doing that
GND is stabilized. This is because the effective gate voltage of 5 becomes the effective gate voltage of 39. In Figure 17, 4 with completely equal characteristics
Create a GND with an N-channel transistor of 0.41, connect the source of 5 to this, and add 42 to 40, which has exactly the same characteristics as 5, to increase the current due to 5.
By connecting it in parallel with the GND, the GND is stabilized. In these Figures 16 and 17 as well, note the above-mentioned precautions, namely, starting from the P - base instead of the N - base.
It is effective when creating a MOS using a substrate, and whether channel doping is applied or not. For example, in F, E, G, and H of FIG. 16 and FIG. 5, for example, only 31 P + is used as ion implantation, and the broken line of the gate of the P channel transistor is taken, and the threshold of the N channel transistor to be channel doped is taken. Adjust the threshold of the P channel transistor according to N -
To determine the concentration of the base, in Figure 17,
40 and 41 are N-channel transistors without channel doping, or in E, F, G, and H in FIGS. 17 and 5, for example, only "B + is used as ion implantation, and Take the broken line and adjust the threshold of the N-channel transistor to match the threshold of the P-channel transistor to be channel-doped.
This is the kind that determines the concentration of the P - layer. Also, if you can use a single power source like this, you can amplify a small signal to
A very interesting configuration can be made with GND as V DD . Furthermore, it is of course possible to use the differential amplifier, comparator, rectifier, etc. mentioned above.

いずれにしても、上記本発明によつて、C―
MOSによる差動、演算、コンパレータ、整流等
のアナログ回路が論理回路等のデイジタル回路と
同一MOSチツプ上にモノリシツクに造ることが
できる。さらにアナログ回路のチヤネル・ドーピ
ング等にしても、デイジタル回路のそれに合わせ
て行えるものであつて、工数に差は生じない。さ
らにメタルによるゲートでなくともシリコンゲー
トMOS、又、シリコン基盤でなくともサフアイ
ア、スピネル或いはGaAs等の基盤を用いたMOS
にも同様にこの思想は繁栄できるわけで、価格、
信頼性、バラエテイ、性能の点でバイポーラに劣
らないものとなる。
In any case, according to the present invention, C--
Analog circuits such as differential, arithmetic, comparators, and rectifiers using MOS can be fabricated monolithically on the same MOS chip as digital circuits such as logic circuits. Furthermore, channel doping and the like for analog circuits can be done in accordance with that for digital circuits, and there is no difference in the number of man-hours. Furthermore, silicon gate MOS does not require a metal gate, and MOS using a substrate such as sapphire, spinel, or GaAs does not require a silicon base.
Similarly, this idea can flourish because of the price,
It is comparable to bipolar in terms of reliability, variety, and performance.

以上のように、本発明はチヤネルドープによつ
て同極性のMOSトランジスタのスレツシヨルド
電圧を異ならせ、このスレツシヨルド電圧の差を
安定な基準電圧として発生し、この電圧に基づい
て定電流源トランジスタを制御することにより、
温度変化、電圧変化に対して演算増幅器のオフセ
ツトの影響を防止することができ、演算増幅器の
精度を高めることができる。
As described above, the present invention uses channel doping to vary the threshold voltages of MOS transistors of the same polarity, generates this threshold voltage difference as a stable reference voltage, and controls the constant current source transistor based on this voltage. By doing so,
It is possible to prevent the influence of the offset of the operational amplifier against temperature changes and voltage changes, and to improve the accuracy of the operational amplifier.

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

第1図はMOSを表わす図。第2図は第1図
MOSの電流一電圧特性を示す図。第3図は第
1,2図MOSの増幅の方法を示す図。第4図は
本発明の演算増幅器の説明図。第5図は本発明の
演算増幅器の一具体例。第6図〜第15図は第5
図本発明の演算増幅器の説明図。第16図、及び
第17図は本発明の演算増幅器のもう一つの具体
例。 G…ゲート、S…ソース、D…ドレイン、IDS
…ドレイン・ソース間電流、VDS…ドレイン・ソ
ース間電圧、VGS…ゲート・ソース間電圧、VGS
―VGT…不飽和A,飽和B領域の境界のドレイ
ン・ソース間電圧、L…負荷直線、C…基準電圧
源、D…低電流バイアス部、E,F…入力ミラー
ペアー差動段、G…レベルシフト増幅段、H…出
力段、VDD,VSS…電源のプラス・マイナス電
位、VI,VNI…反転、非反転入力電圧或いはそ
の端子、Vg…グラウンド(GND)電位或いはそ
の端子、VST…基準電圧或いはその端子、VG
定電流源のゲート電圧或いはその端子、VDI,V
DNI…反転、非反転入力部トランジスタのドレイ
ン電圧或いはその端子、VSI,VSNI…E,F差
動段Pチヤネルトランジスタのソース電圧或いは
その端子、VL…レベル・シフト段出力電圧或い
はその端子、VO…出力段電圧或いはその端子、
S10,G10,D10…Nチヤネルトランジスタ10の
各ソース・ゲート・ドレイン、S12,G12,D12
Nチヤネルトランジスタ12の各ソース・ゲー
ト・ドレイン、1〜5,7,9,10,12,1
4,16,18,20,24〜26,28,2
9,39,40〜42…Nチヤネルトランジス
タ、6,8,11,13,15,17,19,2
1,27…Pチヤネルトランジスタ、22,23
…モノリシツクに造られる抵抗、30,31…コ
ンデンサー、32,33…N-,P+拡散層、34
…ゲート酸化膜、35…ゲート上メタル配線、3
6…33とのコンタクト、37,38…モノリシ
ツクに形成されるコンデンサー。
Figure 1 is a diagram representing MOS. Figure 2 is Figure 1
A diagram showing the current-voltage characteristics of MOS. FIG. 3 is a diagram showing a method of amplifying the MOS shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operational amplifier of the present invention. FIG. 5 shows a specific example of the operational amplifier of the present invention. Figures 6 to 15 are 5
FIG. 1 is an explanatory diagram of an operational amplifier according to the present invention. FIGS. 16 and 17 show another specific example of the operational amplifier of the present invention. G...gate, S...source, D...drain, IDS
...Drain-source current, V DS ...Drain-source voltage, V GS ...Gate-source voltage, V GS
-V GT ...Drain-source voltage at the boundary between unsaturated A and saturated B regions, L...Load line, C...Reference voltage source, D...Low current bias section, E, F...Input mirror pair differential stage, G …Level shift amplification stage, H…Output stage, VDD , VSS …Plus/minus potential of the power supply, V I , V NI …Inverting or non-inverting input voltage or its terminal, Vg …Ground (GND) potential or its terminal. Terminal, V ST ...Reference voltage or its terminal, V G ...
Gate voltage of constant current source or its terminal, V DI , V
DNI ...Drain voltage of inverting, non-inverting input transistor or its terminal, V SI , V SNI ...Source voltage of E, F differential stage P channel transistor or its terminal, VL ...Level shift stage output voltage or its terminal , V O ...output stage voltage or its terminal,
S10 , G10 , D10 ... Each source, gate, and drain of the N-channel transistor 10, S12 , G12 , D12 ...
Each source, gate, and drain of the N-channel transistor 12, 1 to 5, 7, 9, 10, 12, 1
4, 16, 18, 20, 24-26, 28, 2
9, 39, 40-42...N channel transistor, 6, 8, 11, 13, 15, 17, 19, 2
1, 27...P channel transistor, 22, 23
... Monolithically fabricated resistor, 30, 31... Capacitor, 32, 33... N - , P + diffusion layer, 34
...Gate oxide film, 35...Metal wiring on gate, 3
6...Contact with 33, 37, 38...Capacitor formed monolithically.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基準電圧源、定電流バイアス部、差動増幅段
及びレベルシフト段よりなる増幅器において、前
記基準電圧源、定電流バイアス部、差動増幅段及
びレベルシフト段を構成する能動素子はすべて同
一半導体基板上に形成された絶縁ゲート型電界効
果トランジスタによつて構成され、前記定電流バ
イアス部は前記差動増幅段と直列接続される定電
流源トランジスタを含み、前記定電流源トランジ
スタのゲート電極には前記基準電圧源の基準電圧
に基づく定電圧が印加され、前記基準電圧源は同
極性の電界効果トランジスタのチヤンネルドープ
の差が起因するスレツシヨルド電圧の差を基準電
圧とし出力することを特徴とする演算増幅器。
1. In an amplifier consisting of a reference voltage source, a constant current bias section, a differential amplification stage, and a level shift stage, the active elements constituting the reference voltage source, constant current bias section, differential amplification stage, and level shift stage are all made of the same semiconductor. The constant current bias section includes an insulated gate field effect transistor formed on a substrate, and includes a constant current source transistor connected in series with the differential amplification stage, and a gate electrode of the constant current source transistor. is characterized in that a constant voltage based on a reference voltage of the reference voltage source is applied, and the reference voltage source outputs a difference in threshold voltage caused by a difference in channel doping of field effect transistors of the same polarity as a reference voltage. operational amplifier.
JP4815276A 1976-04-27 1976-04-27 Amplifier Granted JPS52130573A (en)

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