JPS61156910A - Differential amplifier circuit - Google Patents

Differential amplifier circuit

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JPS61156910A
JPS61156910A JP27451784A JP27451784A JPS61156910A JP S61156910 A JPS61156910 A JP S61156910A JP 27451784 A JP27451784 A JP 27451784A JP 27451784 A JP27451784 A JP 27451784A JP S61156910 A JPS61156910 A JP S61156910A
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JP
Japan
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circuit
mos transistor
channel mos
resistor
transistor
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JP27451784A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Oritani
折谷 敦志
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the temperature characteristic of an output signal by providing a differential transistor (TR) whose drain or a collector is connected to a power supply via a load and whose sources or emitters are connected in common and providing a constant current source circuit connected to the sources or the emitters connected in common. CONSTITUTION:A couple of N-channel MOSTRs Q1, Q2 whose sources are connected in common, a differential circuit A1 having load resistors R1, R2, and a constant current source circuit CS1 having a positive temperature coefficient comprising N-channel MOSTRs Q3, Q4, P-channel MOSTRs Q5, Q6 and resistors R3, R4 are provided. When temperature rises in the P-channel MOSTRs Q5, Q6, a drain current ID is increased to the same gate voltage VG and the threshold voltage of the gate is decreased. Further, a current IS1 flowing the TRQ3 increases as the temperature rises and the constant current source circuit CS1 acts on decreasing the output voltages VG1, VG2 of the differential circuit as the temperature rises. Thus, the temperature compensation of each parameter for an integrated circuit is attained completely.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、差動増幅回路に関し、特にトランジスタのし
きい値特性を利用して所定温度特性を有する定電流源回
路を構成し、この定電流源回路を使用して温度特性を改
良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 constant current source circuit that utilizes the threshold characteristics of transistors to have a predetermined temperature characteristic. This invention relates to a differential amplifier circuit with improved temperature characteristics using a current source circuit.

(従来の技術) 第4図は、従来形の差動増幅回路を示す。同図の回路は
、7ソースが互に接続された1対のトランジスタQ1お
よびQ2、定電流源回路用のトランジスタQ3 、およ
び負荷抵抗R1およびR2を備えている。トランジスタ
Q3のドレインはトランジスタQ1およびQ2の互に接
続されたソースに接続され、ソースおよびゲートはそれ
ぞれ電源VSSおよび基準電圧V REF  に接続さ
れている。
(Prior Art) FIG. 4 shows a conventional differential amplifier circuit. The circuit shown in the figure includes a pair of transistors Q1 and Q2 with seven sources connected to each other, a transistor Q3 for a constant current source circuit, and load resistors R1 and R2. The drain of transistor Q3 is connected to the mutually connected sources of transistors Q1 and Q2, and the source and gate are connected to power supply VSS and reference voltage V REF , respectively.

第4図の回路においては、各出力信号Vo1およびVo
2の高レベルの電圧Vooはほぼ電源電圧VCCに等し
くなる。各出力信号νo1およびνo2の低レベルの電
圧VOLはトランジスタQ、、Q2およびQ3のインピ
ーダンスに依存する。例えば、入力信号■工N1が低レ
ベルであり入力信号VtN2が高レベルのときには、ト
ランジスタQ2がオンとなっており出力信号Vo2が低
レベルになる。この状態では、電流は電源Vccから抵
抗R2およびトランジスタQ2.Q3を通り電源VSS
に流れ、出力信号Vo2の電位はトランジスタQ2.Q
3およd抵抗R2のインピーダンスに依存する。
In the circuit of FIG. 4, each output signal Vo1 and Vo
The second high level voltage Voo is approximately equal to the power supply voltage VCC. The low level voltage VOL of each output signal νo1 and νo2 depends on the impedance of transistors Q, Q2 and Q3. For example, when the input signal N1 is at a low level and the input signal VtN2 is at a high level, the transistor Q2 is on and the output signal Vo2 is at a low level. In this state, current flows from power supply Vcc to resistor R2 and transistor Q2. Power supply VSS through Q3
, and the potential of the output signal Vo2 is transferred to the transistor Q2. Q
3 and d depends on the impedance of resistor R2.

ところが、一般にオンとなっているMOSトランジスタ
Q2.Q3等のインピーダンスは温度上昇に応じて増加
する。これはチャネル領域におけるキャリヤの移動度(
mobility)は周囲温度が高くなると小となるか
らである。したがって、第5図に示されるように、第4
図の回路の出力信号の低レベルの電位VOLは周囲温度
Tの上昇に応じて上昇することとなる。すなわち、従来
形の差動増幅回路においては、周囲温度の変化に応じて
出力信号の電圧レヘルが変動するという不都合があった
However, the MOS transistor Q2. which is generally turned on. The impedance of Q3 etc. increases as the temperature rises. This is the carrier mobility in the channel region (
This is because the higher the ambient temperature, the smaller the mobility. Therefore, as shown in FIG.
The low-level potential VOL of the output signal of the circuit shown in the figure increases as the ambient temperature T increases. That is, the conventional differential amplifier circuit has the disadvantage that the voltage level of the output signal fluctuates in response to changes in ambient temperature.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、前述の従来形における問題点に鑑み、差動増
幅回路の出力信号の温度特性を完全に補償しあるいは改
善せんとするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) In view of the problems of the conventional type described above, the present invention attempts to completely compensate or improve the temperature characteristics of the output signal of a differential amplifier circuit.

(問題点を解決するための手段) 本発明に係る差動増幅回路は、ドレインまたはコレクタ
が負荷を介して電源に接続され、ゲートまたはヘースに
入力信号を受けソースまたはエミッタが共通接続された
1対の差動トランジスタと、該共通接続されたソースま
たはエミッタ回路に接続された定電流源回路とを基本と
して構成される。
(Means for Solving the Problems) A differential amplifier circuit according to the present invention has a drain or collector connected to a power supply via a load, a gate or a gate receiving an input signal, and a source or emitter connected in common. It is basically constructed from a pair of differential transistors and a constant current source circuit connected to the commonly connected source or emitter circuit.

そして、該定電流源回路は例えばトランジスタのしきい
値特性等を使用することにより、温度の上昇に応じてそ
の電流量が増加する特性とされる。
The constant current source circuit has a characteristic that the amount of current increases as the temperature rises by using, for example, the threshold characteristics of the transistor.

(作 用) 差動増幅回路においては、前述のように、周囲温度の上
昇に応じて出力信号の低レベルの電位Vot、が上昇す
るが、上述の手段を用いることにより温度上昇に応じて
負荷を流れる電流を増加させる方向に補正されるから、
出力信号の電位が温度変化に対して安定化される。
(Function) In the differential amplifier circuit, as mentioned above, the low level potential Vot of the output signal increases as the ambient temperature rises, but by using the above-mentioned means, the load Since it is corrected in the direction of increasing the current flowing through the
The potential of the output signal is stabilized against temperature changes.

(実施例) 以下、図面により本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例に係る差動増幅回路を示す
。同図の回路は、ソースが共通接続された1対のNチャ
ネルMOSトランジスタQi、Q2と負荷抵抗R1,R
2とを有する差動回路A1、および正の温度係数を有す
る定電流源回路cs1を構成するNチャネルMOSトラ
ンジスタQ3 p Q4と、PチャネルMOSトランジ
スタQ5.Q5と、抵抗R3p R4とを具備する。
FIG. 1 shows a differential amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. The circuit in the figure consists of a pair of N-channel MOS transistors Qi, Q2 whose sources are commonly connected, and load resistors R1, R.
N-channel MOS transistors Q3 p Q4 and P-channel MOS transistors Q5 . Q5, and resistors R3p and R4.

第1図の回路においては、定電流源回路cs1のPチャ
ネルMOSトランジスタQ5およびC6のしきい値特性
は、第2図に示されるように、温度が上昇すると同じゲ
ート電圧VOに対してドレイン電流rD が増加する。
In the circuit of FIG. 1, the threshold characteristics of the P-channel MOS transistors Q5 and C6 of the constant current source circuit cs1 change as shown in FIG. rD increases.

すなわちケートのしきい値電圧が低下する傾向を有する
。したがって温度上昇に伴い抵抗R3を流れる電流が増
加し、トランジスタQ4を流れる電流も増加する。トラ
ンジスタQ4とトランジスタQ3とはカレントミラー回
路を構成しているから、トランジスタQ3を流れる電流
ISiも温度上昇に伴い増加する。このため、定電流源
回路CS1は温度上昇に応して差動回路の出力電圧Vo
1およびVo2の電位を下げる方向に作用する。
In other words, the threshold voltage of the cell tends to decrease. Therefore, as the temperature rises, the current flowing through resistor R3 increases, and the current flowing through transistor Q4 also increases. Since the transistor Q4 and the transistor Q3 constitute a current mirror circuit, the current ISi flowing through the transistor Q3 also increases as the temperature rises. Therefore, the constant current source circuit CS1 increases the output voltage Vo of the differential circuit in accordance with the temperature rise.
1 and Vo2.

例えば、出力電圧Vo2について検討すると、定電流源
回路C31の抵抗R3にかかる電圧はPチャネルトラン
ジスタQ6のしきい値電圧Vth(P)に等しいから、
抵抗R3したがってトランジスタQ4に流れる電流はV
th (P)/R3となる。したがって、前記出力電圧
Vo2は次のようになる。
For example, considering the output voltage Vo2, since the voltage applied to the resistor R3 of the constant current source circuit C31 is equal to the threshold voltage Vth (P) of the P channel transistor Q6,
Therefore, the current flowing through the resistor R3 and the transistor Q4 is V
th(P)/R3. Therefore, the output voltage Vo2 is as follows.

Vo2 =Vcc−K ・Vth (P)  ・R2/
R3−(11ここて、KはトランジスタQ3とC4の8
m比であり、K −gm (Q3 ) /gm (C4
)となる。したがって、出力電圧Vo2の温度変化分d
Tに対する変化分dVo2は以下のようになる。
Vo2 = Vcc-K ・Vth (P) ・R2/
R3-(11 here, K is 8 of transistors Q3 and C4
m ratio, K − gm (Q3) / gm (C4
). Therefore, the temperature change d of the output voltage Vo2
The change dVo2 with respect to T is as follows.

dT     R3dT (2)式において、比率dVth (P)/dTはMO
Sトランジスタの場合はぼ1.2mV/’Cと一定であ
り、かつ8m比にも一定であるから、出力電圧Vo2の
(頃きは抵抗R2およびR5の抵抗値を変えることによ
って任意の状態に調整することが可能となる。
dT R3dT In equation (2), the ratio dVth (P)/dT is MO
In the case of an S transistor, it is constant at approximately 1.2 mV/'C, and it is also constant at an 8 m ratio, so the output voltage Vo2 can be set to any desired state by changing the resistance values of resistors R2 and R5. It becomes possible to make adjustments.

なお、第1図の回路における定電流源回路C31のトラ
ンジスタQ5.Q6は負帰還回路を構成しているから、
出力電流IS1は電源電圧Vccの変動等による影響を
受けないことは明らかである。
Note that the transistor Q5. of the constant current source circuit C31 in the circuit of FIG. Since Q6 constitutes a negative feedback circuit,
It is clear that the output current IS1 is not affected by fluctuations in the power supply voltage Vcc or the like.

第3図は、本発明の他の実施例に係る差動増幅回路を示
す。同図の回路は、第1図の回路におけるPチャネルM
OSトランジスタをP N P形バイポーラトランジス
タに置き代え、かつNチャネルMOSトランジスタをN
PN形バイポーラトランジスタに置き代えた回路に相当
する。PNP形バイポーラトランジスタのしきい値特性
、すなわちベース電圧対コレクタ電流特性はPチャネル
MOSトランジスタのしきい値特性と同様であり、かつ
NチャネルMOSトランジスタのしきい値特性と同様と
なるから、第3図の回路においても第1図の回路と同様
に所望の安定化された温度特性を得ることができる。
FIG. 3 shows a differential amplifier circuit according to another embodiment of the invention. The circuit in the same figure is the P channel M in the circuit in FIG.
The OS transistor is replaced with a P N P type bipolar transistor, and the N channel MOS transistor is replaced with an N
This corresponds to a circuit replaced with a PN type bipolar transistor. The threshold characteristics of a PNP bipolar transistor, that is, the base voltage vs. collector current characteristics, are similar to those of a P-channel MOS transistor, and are also similar to those of an N-channel MOS transistor. In the circuit shown in the figure as well, the desired stabilized temperature characteristics can be obtained similarly to the circuit shown in FIG.

(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、簡単な回路構成により
回路の特性および使用条件等に応して所望の温度係数を
有する出力電流を得ることが可能となり、差動増幅回路
および差動増幅回路を含む集積回路装置等の各パラメー
タの温度補償を完全に達成することが可能となる。また
、温度補償をゲートまたはベースしきい値特性を利用し
て行ない、かつこのようなしきい値特性はMOSトラン
ジスタまたはバイポーラトランジスタのような素子の種
類に固有のものであるから、回路の温度特性のばらつき
が非常に少なくなる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an output current having a desired temperature coefficient according to the characteristics of the circuit and the conditions of use with a simple circuit configuration, and the differential amplification It becomes possible to completely achieve temperature compensation for each parameter of the integrated circuit device including the circuit and the differential amplifier circuit. In addition, since temperature compensation is performed using gate or base threshold characteristics, and such threshold characteristics are specific to the type of device such as a MOS transistor or a bipolar transistor, the temperature characteristics of the circuit are Variation is greatly reduced.

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

第1図は本発明の一実施例に係る差動増幅回路を示す電
気回路図、第2図はPチャネルMOSトランジスタの特
性を示すグラフ、第3図は本発明の他の実施例に係る差
動増幅回路を示す電気回路図、第4図は従来形の差動増
幅回路を示す電気回路図、そして第5図は第4図の回路
の特性を示すグラフである。 Q、、Q2 、Q3 、C4:NチャネルMOSトラン
ジスタ、 C5,C6:PチャネルMOSトランジスタ、C7、C
6、Q9 、 C11O:  NPNトランジスタ、Q
ll 、C12: PNP トランジスタ、R,、R2
、・・・、R8:抵抗、 A1 :差動回路、 C5I  :定電流源回路。 第1図 第2図
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a differential amplifier circuit according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing characteristics of a P-channel MOS transistor, and FIG. 3 is a diagram showing differences in another embodiment of the present invention. FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a dynamic amplifier circuit, FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a conventional differential amplifier circuit, and FIG. 5 is a graph showing characteristics of the circuit shown in FIG. 4. Q, , Q2, Q3, C4: N channel MOS transistor, C5, C6: P channel MOS transistor, C7, C
6, Q9, C11O: NPN transistor, Q
ll, C12: PNP transistor, R,, R2
,..., R8: Resistor, A1: Differential circuit, C5I: Constant current source circuit. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ドレインまたはコレクタが負荷を介して電源に接続
されゲートまたはベースに入力信号を受けソースまたは
エミッタが共通接続された1対の差動トランジスタと、
共通接続されたソースまたはエミッタ側に接続された定
電流源回路とを有し、該定電流源回路が温度の上昇に従
ってその電流量が増加する特性を有することを特徴とす
る差動増幅回路。 2、該定電流源回路は、電源の高圧側端子と低圧側端子
との間に接続された第1のPチャネルMOSトランジス
タと第1の抵抗との直列回路、電源の高圧側端子と低圧
側端子との間に接続された第2の抵抗と第2のPチャネ
ルMOSトランジスタとの直列回路であって該第2の抵
抗と第2のPチャネルMOSトランジスタとの接続点に
は該第1のPチャネルMOSトランジスタのゲートが接
続され該第2のPチャネルMOSトランジスタのゲート
は該第1のPチャネルMOSトランジスタと該第1の抵
抗との接続点に接続されたもの、および第3および第4
のMOSトランジスタを有するカレントミラー回路であ
って該第3のMOSトランジスタが該第2のPチャネル
MOSトランジスタと電源の低圧側端子との間に挿入さ
れかつ該第4のMOSトランジスタが該共通接続された
ソースと電源の低圧側端子との間に挿入されている特許
請求の範囲第1項記載の差動増幅回路。 3、該定電流源回路は、電源の高圧側端子と低圧側端子
との間に接続された第1のPNP形バイポーラトランジ
スタと第1の抵抗との直列回路、電源の高圧側端子と低
圧側端子との間に接続された第2の抵抗と第2のPNP
形バイポーラトランジスタとの直列回路であって該第2
の抵抗と第2のPNP形バイポーラトランジスタとの接
続点には該第1のPNP形バイポーラトランジスタのベ
ースが接続され該第2のPNP形バイポーラトランジス
タのベースは該第1のPNP形バイポーラトランジスタ
と該第1の抵抗との接続点に接続されたもの、および第
3および第4のバイポーラトランジスタを有するカレン
トミラー回路であって該第3のバイポーラトランジスタ
が該第2のPNP形バイポーラトランジスタと電源の低
圧端子との間に挿入されかつ該第4のバイポーラトラン
ジスタが該共通接続されたエミッタと電源の低圧側端子
との間に挿入されている特許請求の範囲第1項記載の差
動増幅回路。
[Claims] 1. A pair of differential transistors whose drains or collectors are connected to a power supply via a load, whose gates or bases receive an input signal, and whose sources or emitters are commonly connected;
1. A differential amplifier circuit comprising a constant current source circuit connected to a commonly connected source or emitter side, the constant current source circuit having a characteristic that the amount of current increases as the temperature rises. 2. The constant current source circuit includes a series circuit of a first P-channel MOS transistor and a first resistor connected between a high voltage side terminal and a low voltage side terminal of a power source, and a series circuit of a first P channel MOS transistor and a first resistor connected between a high voltage side terminal and a low voltage side terminal of a power source. A series circuit of a second resistor and a second P-channel MOS transistor connected between the terminal and the first resistor and the second P-channel MOS transistor, a P-channel MOS transistor whose gate is connected to the gate of the second P-channel MOS transistor to a connection point between the first P-channel MOS transistor and the first resistor; and a third and fourth P-channel MOS transistor.
MOS transistors, the third MOS transistor is inserted between the second P-channel MOS transistor and the low voltage side terminal of the power supply, and the fourth MOS transistor is connected to the common connection. 2. The differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the differential amplifier circuit is inserted between a source and a low voltage side terminal of a power supply. 3. The constant current source circuit includes a series circuit of a first PNP bipolar transistor and a first resistor connected between a high voltage side terminal and a low voltage side terminal of a power supply, a second resistor connected between the terminal and the second PNP
a series circuit with a type bipolar transistor, the second
The base of the first PNP bipolar transistor is connected to the connection point between the resistor and the second PNP bipolar transistor, and the base of the second PNP bipolar transistor is connected to the first PNP bipolar transistor. and a current mirror circuit having a third and fourth bipolar transistor connected to a connection point with the first resistor, wherein the third bipolar transistor connects to the second PNP bipolar transistor and a low voltage of a power supply. 2. The differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the fourth bipolar transistor is inserted between the commonly connected emitter and the low voltage side terminal of the power supply.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5856749A (en) * 1996-11-01 1999-01-05 Burr-Brown Corporation Stable output bias current circuitry and method for low-impedance CMOS output stage

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