JPS61234110A - 差動回路 - Google Patents
差動回路Info
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- JPS61234110A JPS61234110A JP7499385A JP7499385A JPS61234110A JP S61234110 A JPS61234110 A JP S61234110A JP 7499385 A JP7499385 A JP 7499385A JP 7499385 A JP7499385 A JP 7499385A JP S61234110 A JPS61234110 A JP S61234110A
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- whose
- transistor
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
- H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
- H03F3/4521—Complementary long tailed pairs having parallel inputs and being supplied in parallel
- H03F3/45219—Folded cascode stages
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
- H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
- H03F2203/45028—Indexing scheme relating to differential amplifiers the differential amplifier amplifying transistors are folded cascode coupled transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
- H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
- H03F2203/45674—Indexing scheme relating to differential amplifiers the LC comprising one current mirror
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は差動回路、特に時計、電卓等の低電圧で働く装
置に用いられる演算増幅器の差動回路に関する。
置に用いられる演算増幅器の差動回路に関する。
演算増幅器は種々の回路に多用されている回路であるが
、この回路は一般に差動回路と増幅回路から構成される
。第7図に従来一般に用いられている差動回路の回路図
を示す。この回路は+IN端子と−IN端子に与えられ
た入力電圧の差に比例した電圧を0tJT端子に出力す
る回路である。
、この回路は一般に差動回路と増幅回路から構成される
。第7図に従来一般に用いられている差動回路の回路図
を示す。この回路は+IN端子と−IN端子に与えられ
た入力電圧の差に比例した電圧を0tJT端子に出力す
る回路である。
+IN端子はNチャネルトランジスタQ1のゲートに、
IN端子はNチャネルトランジスタQ2のゲートに、そ
れぞれ接続されており、両トランジスタQ、、Q2のソ
ースはNチャネルトランジスタQ5のドレインに接続さ
れる。トランジスタQ のソースはV88に接地され、
ゲートには定電圧VBが与えられる。実質的な差動動作
は、トランジスタQ1.Q2.Q5によって行われ、そ
の差動出力がPチャネルトランジスタQ、Q4によって
構成されるカレントミラー回路によって取出される。即
ち、トランジスタQ1のドレインはトランジスタQ3の
ゲートおよびドレインに接続され、トランジスタQ2の
ドレインはトランジスタQ4のドレインに接続される。
IN端子はNチャネルトランジスタQ2のゲートに、そ
れぞれ接続されており、両トランジスタQ、、Q2のソ
ースはNチャネルトランジスタQ5のドレインに接続さ
れる。トランジスタQ のソースはV88に接地され、
ゲートには定電圧VBが与えられる。実質的な差動動作
は、トランジスタQ1.Q2.Q5によって行われ、そ
の差動出力がPチャネルトランジスタQ、Q4によって
構成されるカレントミラー回路によって取出される。即
ち、トランジスタQ1のドレインはトランジスタQ3の
ゲートおよびドレインに接続され、トランジスタQ2の
ドレインはトランジスタQ4のドレインに接続される。
また、両トランジスタQ、Q4のゲートは互いに接続さ
れ、ソ−スは定電圧源■。0に接続される。
れ、ソ−スは定電圧源■。0に接続される。
第8図は、第7図に示す差動回路に増幅回路AITlp
を接続し、演算増幅器を構成したものである。
を接続し、演算増幅器を構成したものである。
増幅回路ARI+)はPチャネルトランジスタQ6とN
チャネルトランジスタQ7から成り、−IN端子と+T
N端子に与えられた電圧の差が増幅されてOUT端子に
出力される。
チャネルトランジスタQ7から成り、−IN端子と+T
N端子に与えられた電圧の差が増幅されてOUT端子に
出力される。
第9図は、第8図に示す演算増幅器をボルテージフォロ
ワ接続した回路図である。この回路の+IN@子に正弦
波入力を与えた場合の0tJT端子に出力される波形を
第10図に示す。ここで(a)は入力波形、(b)はP
チャネルトランジスタのしきい値電圧Vthが1.2V
、NチャネルトランジスタのVthが0.6Vの場合の
出力波形、(C)はPチャネルトランジスタのVthが
1.2■、NチャネルトランジスタのVthが1.2■
の場合の出力波形を示す。
ワ接続した回路図である。この回路の+IN@子に正弦
波入力を与えた場合の0tJT端子に出力される波形を
第10図に示す。ここで(a)は入力波形、(b)はP
チャネルトランジスタのしきい値電圧Vthが1.2V
、NチャネルトランジスタのVthが0.6Vの場合の
出力波形、(C)はPチャネルトランジスタのVthが
1.2■、NチャネルトランジスタのVthが1.2■
の場合の出力波形を示す。
第10図において、入力電圧が■。o−0゜6vの場合
を考えると、トランジスタQ1.Q2のソース電位はv
th=0.6Vより、はGZV、、−1,2vとなる。
を考えると、トランジスタQ1.Q2のソース電位はv
th=0.6Vより、はGZV、、−1,2vとなる。
ところが、トランジスタQ3゜Q4.Q6はV、h=1
.2V’t’あるため、L、 h ’Bの1−ランジス
タをONさせるためには、トランジスタQi 、Q2の
ドレイン電位はVDo−1,2V以下でなくてはならな
い。即ち、トランジスタQ1.Q2においてソース・ド
レイン間電圧は0■となってしまう。従って入力電圧が
VDD−0,6■以上になると、この演算増幅器は正常
動作しなくなり、第10図(b)に示すようにこの領域
で飽和した形となる。同様にvS8+0.6V以下の領
域では、トランジスタQ1.Q2がOFFとなるため正
常動作しなくなる。第10図(C)では、上側の波形は
飽和することがないが、下側の波形はv8s+1.2V
以下の領域で飽和してしまう。
.2V’t’あるため、L、 h ’Bの1−ランジス
タをONさせるためには、トランジスタQi 、Q2の
ドレイン電位はVDo−1,2V以下でなくてはならな
い。即ち、トランジスタQ1.Q2においてソース・ド
レイン間電圧は0■となってしまう。従って入力電圧が
VDD−0,6■以上になると、この演算増幅器は正常
動作しなくなり、第10図(b)に示すようにこの領域
で飽和した形となる。同様にvS8+0.6V以下の領
域では、トランジスタQ1.Q2がOFFとなるため正
常動作しなくなる。第10図(C)では、上側の波形は
飽和することがないが、下側の波形はv8s+1.2V
以下の領域で飽和してしまう。
以上のように従来の差動回路には不動作領域が存在する
ため、特に時計、電卓のような■。、−VSSが3■程
度である装置では、ダイナミックレンジが60%以下と
なってしまい、充分なS/N比が得られないという欠点
があった。
ため、特に時計、電卓のような■。、−VSSが3■程
度である装置では、ダイナミックレンジが60%以下と
なってしまい、充分なS/N比が得られないという欠点
があった。
そこで本発明は、不動作領域をなくし、広いダイナミッ
クレンジを確保することのできる差動回路を提供するこ
とを目的とする。
クレンジを確保することのできる差動回路を提供するこ
とを目的とする。
本発明の特徴は、差動回路において、
第1の入力電圧を与えるための第1の入力端子と、
第2の入力電圧を与えるための第2の入力端子と、
第1の入力端子および第2の入力端子に与えられた両電
圧の差に応じたそれぞれの電流を、第1のノードおよび
第2のノードに供給し、NチャネルのFETまたはNP
Nトランジスタから構成されるN型差動回路と、 第1のノードおよび第2のノードに定電流を供給する定
電流源と、 ソースまたはエミッタが第1のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、接続されたPチャネルのFETま
たはPNPトランジスタから成る第1ノードトランジス
タと、 ソースまたはエミッタが第2のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、それぞれ接続されたPチャネルの
FETまたはPNPトランジスタから成る第2ノードト
ランジスタと、 第1ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ電流
を入力電流とし、第2ノードトランジスタのドレインま
たはコレクタに入力電流と等しい出力電流を供給する第
1のカレントミラー回路と、第1の入力端子および第2
の入力端子に与えられた両電圧の差に応じたそれぞれの
電流を、第3のノードおよび第4のノードに供給し、P
チャネルのFETまたはPNPトランジスタから構成さ
れるP型差動回路と、 第3dノードおよび第4のノードに定電流を供給する定
電流源と、 ソースまたはエミッタが第3のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、それぞれ接続されたNチャネルの
FETまたはNPNトランジスタから成る第3ノードト
ランジスタと、 ソースまたはエミッタが第4のノードに、ゲートまたは
ベースが定電流源に、それぞれ接続されたNチャネルの
FETまたはNPNトランジスタから成る第4ノードト
ランジスタと、 第3ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ電流
を入力電流とし、第4ノードトランジスタのドレインま
たはコレクタに入力電流と等しい出力電流を供給する第
2のカレントミラー回路と、を設け、 第1の入力端子および第2の入力端子を両入力端子とし
、第1のカレントミラー回路および第2のカレントミラ
ー回路のそれぞれの電流出力端子に接続された端子を出
力端子とし、 不動作領域をなくし、広いダイナミックレンジを確保す
ることができるようにした点にある。
圧の差に応じたそれぞれの電流を、第1のノードおよび
第2のノードに供給し、NチャネルのFETまたはNP
Nトランジスタから構成されるN型差動回路と、 第1のノードおよび第2のノードに定電流を供給する定
電流源と、 ソースまたはエミッタが第1のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、接続されたPチャネルのFETま
たはPNPトランジスタから成る第1ノードトランジス
タと、 ソースまたはエミッタが第2のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、それぞれ接続されたPチャネルの
FETまたはPNPトランジスタから成る第2ノードト
ランジスタと、 第1ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ電流
を入力電流とし、第2ノードトランジスタのドレインま
たはコレクタに入力電流と等しい出力電流を供給する第
1のカレントミラー回路と、第1の入力端子および第2
の入力端子に与えられた両電圧の差に応じたそれぞれの
電流を、第3のノードおよび第4のノードに供給し、P
チャネルのFETまたはPNPトランジスタから構成さ
れるP型差動回路と、 第3dノードおよび第4のノードに定電流を供給する定
電流源と、 ソースまたはエミッタが第3のノードに、ゲートまたは
ベースが定電圧源に、それぞれ接続されたNチャネルの
FETまたはNPNトランジスタから成る第3ノードト
ランジスタと、 ソースまたはエミッタが第4のノードに、ゲートまたは
ベースが定電流源に、それぞれ接続されたNチャネルの
FETまたはNPNトランジスタから成る第4ノードト
ランジスタと、 第3ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ電流
を入力電流とし、第4ノードトランジスタのドレインま
たはコレクタに入力電流と等しい出力電流を供給する第
2のカレントミラー回路と、を設け、 第1の入力端子および第2の入力端子を両入力端子とし
、第1のカレントミラー回路および第2のカレントミラ
ー回路のそれぞれの電流出力端子に接続された端子を出
力端子とし、 不動作領域をなくし、広いダイナミックレンジを確保す
ることができるようにした点にある。
以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。第1
図に本発明に係る差動回路の一実施例を示す。本回路は
第1の入力端子となる+IN入力端子と、第2の入力端
子となる一IN入力端子と、N型差動回路1と、P型差
動回路2と、第1ノードトランジスタQ11と、第2ノ
ードトランジスタQ12と、第3ノードトランジスタQ
15と、第4ノードトランジスタQ16と、第1のカレ
ントミラー回路3と、第2のカレントミラー回路4と、
から構成される。回路図中、■、1.■B2.V83.
V84゜VBIASI −VBIAS2は定電圧源で、
例えばMOSダイオードに定電流を流す等の方法で得ら
れる。
図に本発明に係る差動回路の一実施例を示す。本回路は
第1の入力端子となる+IN入力端子と、第2の入力端
子となる一IN入力端子と、N型差動回路1と、P型差
動回路2と、第1ノードトランジスタQ11と、第2ノ
ードトランジスタQ12と、第3ノードトランジスタQ
15と、第4ノードトランジスタQ16と、第1のカレ
ントミラー回路3と、第2のカレントミラー回路4と、
から構成される。回路図中、■、1.■B2.V83.
V84゜VBIASI −VBIAS2は定電圧源で、
例えばMOSダイオードに定電流を流す等の方法で得ら
れる。
N型差動回路1において、NチャネルトランジスタQ1
.Q2 、Q5差動回路を構成し、+IN入力端子およ
び−IN入力端子に与えられた電圧の差に応じた電流を
第1のノードn1および第2のノードn2に供給する。
.Q2 、Q5差動回路を構成し、+IN入力端子およ
び−IN入力端子に与えられた電圧の差に応じた電流を
第1のノードn1および第2のノードn2に供給する。
例えば、+IN入力端子の電圧が−IN入力端子の電圧
より高い場合には、ノードn1に流れる電流がノードn
2に流れる電流より多くなる。なおこの回路部分は第7
図に示す従来の回路と同様なので詳しい説明は省略する
。PチャネルトランジスタQ3およびQ4は、それぞれ
ノードn1およびノードn2に定電流を供給する定電流
源としての働きをし、両トランジスタを流れる電流は等
しい。
より高い場合には、ノードn1に流れる電流がノードn
2に流れる電流より多くなる。なおこの回路部分は第7
図に示す従来の回路と同様なので詳しい説明は省略する
。PチャネルトランジスタQ3およびQ4は、それぞれ
ノードn1およびノードn2に定電流を供給する定電流
源としての働きをし、両トランジスタを流れる電流は等
しい。
第1ノードトランジスタQ11はPチャネルのトランジ
スタから構成され、ソースがノードn1に、ゲートが定
電圧源VBIAS1に、それぞれ接続されており、第2
ノードトランジスタQ12はPチャネルのトランジスタ
から構成され、ソースがノードn に、ゲートが定電圧
源V に、それぞれ2 B
IAS1接続されている。
スタから構成され、ソースがノードn1に、ゲートが定
電圧源VBIAS1に、それぞれ接続されており、第2
ノードトランジスタQ12はPチャネルのトランジスタ
から構成され、ソースがノードn に、ゲートが定電圧
源V に、それぞれ2 B
IAS1接続されている。
第1のカレントミラー回路3は、トランジスタQ11の
ドレイン電流を入力電流とし、これと等しい電流を出力
電流とするカレントミラー回路で、Nチャネルトランジ
スタQ13.Q14によって構成される。
ドレイン電流を入力電流とし、これと等しい電流を出力
電流とするカレントミラー回路で、Nチャネルトランジ
スタQ13.Q14によって構成される。
P型差動回路2は、PチャネルトランジスタQ 、Q
7.Ql。およびNチャネルトランジスタQ8.Q9か
ら構成される差動回路で、その構成はN型差動回路1の
構成と同様であるため説明を省略する。第3ノードトラ
ンジスタQ15、第4ノードトランジスタQ16はそれ
ぞれ第1ノードトランジスタQ11、第2ノードトラン
ジスタQ12に対応するトランジスタである。即ち、第
3ノードトランジスタQ15はNチャネルのトランジス
タから構成され、ソースがノードn3に、ゲートが定電
圧源VBIAS2に、それぞれ接続されており、第4ノ
ードトランジスタ016はNチャネルのトランジスタか
ら構成され、ソースがノードn4に、ゲートが定電圧源
■ に、それぞれ接続されてい7AS2 る。また、第2のカレントミラー回路4は、トランジス
タQ15のドレイン電流を入力電流とし、Ql6のドレ
インに出力電流を供給するカレントミラー回路で、Pチ
ャネルトランジスタロ1□、Q18によって構成される
。
7.Ql。およびNチャネルトランジスタQ8.Q9か
ら構成される差動回路で、その構成はN型差動回路1の
構成と同様であるため説明を省略する。第3ノードトラ
ンジスタQ15、第4ノードトランジスタQ16はそれ
ぞれ第1ノードトランジスタQ11、第2ノードトラン
ジスタQ12に対応するトランジスタである。即ち、第
3ノードトランジスタQ15はNチャネルのトランジス
タから構成され、ソースがノードn3に、ゲートが定電
圧源VBIAS2に、それぞれ接続されており、第4ノ
ードトランジスタ016はNチャネルのトランジスタか
ら構成され、ソースがノードn4に、ゲートが定電圧源
■ に、それぞれ接続されてい7AS2 る。また、第2のカレントミラー回路4は、トランジス
タQ15のドレイン電流を入力電流とし、Ql6のドレ
インに出力電流を供給するカレントミラー回路で、Pチ
ャネルトランジスタロ1□、Q18によって構成される
。
第1のカレントミラー回路3および第2のカレントミラ
ー回路4の電流出力端子は互いに接続され、出力端子0
LITに接続される。出力端子OUTに流れる電流I
は、電流■。8.1と電流UT ■ とに分岐し、それぞれのカレントミラー回UT2 路を流れることになる。
ー回路4の電流出力端子は互いに接続され、出力端子0
LITに接続される。出力端子OUTに流れる電流I
は、電流■。8.1と電流UT ■ とに分岐し、それぞれのカレントミラー回UT2 路を流れることになる。
続いて本回路の動作を入力電圧の値によって、3つの場
合に分けで説明する。
合に分けで説明する。
(I) V ≦入力電圧≦V+V(NチャSS
SS thNネルトランジスタのしき
い値電圧)の揚上半分の回路において、トランジスタQ
1゜Q2はゲート・ソース間電圧がV thN以下なの
でOFFとなる。よってトランジスタQ3またはQ4の
定電流源の電流はすべてQllまたはQ12に流れる。
SS thNネルトランジスタのしき
い値電圧)の揚上半分の回路において、トランジスタQ
1゜Q2はゲート・ソース間電圧がV thN以下なの
でOFFとなる。よってトランジスタQ3またはQ4の
定電流源の電流はすべてQllまたはQ12に流れる。
また、第1のカレントミラー回路3の動きによって、ト
ランジスタQ11のドレイン電流とトランジスタQ14
のドレイン電流とが等しくなるため、電流I −0
となり、出力端子OUTにOUT1 は何ら影響を与えない。
ランジスタQ11のドレイン電流とトランジスタQ14
のドレイン電流とが等しくなるため、電流I −0
となり、出力端子OUTにOUT1 は何ら影響を与えない。
一方、下半分の回路において、トランジスタQ6.Q7
は差動回路を構成しているため、+IN入力端子および
−IN入力端子に与えられる電圧の電位差に応じてトラ
ンジスタQ1゜かう供給される定電流を分配する。トラ
ンジスタQ8゜Q、のドレイン電流は定電流と考えられ
るので、一般にトランジスタQのドレイン電流をIQと
あれわすことにすれば、 1 + I Q6= I QB−C0n5j。
は差動回路を構成しているため、+IN入力端子および
−IN入力端子に与えられる電圧の電位差に応じてトラ
ンジスタQ1゜かう供給される定電流を分配する。トラ
ンジスタQ8゜Q、のドレイン電流は定電流と考えられ
るので、一般にトランジスタQのドレイン電流をIQと
あれわすことにすれば、 1 + I Q6= I QB−C0n5j。
I g16 + I g7= I gg= C0n5j
、(1)が成り立つ。これにより次式が得られる。
、(1)が成り立つ。これにより次式が得られる。
1 = C0n5j、 I Q6r = c
onst、 −I g7a1e
(1) ’また、トランジスタQ1□および
Q18はカレントミラー回路を構成しているため、トラ
ンジスタQ15のドレイン電流はトランジスタQ18の
ドレイン電流と等しくなり、電流■ は、 )OU
T2 1 −r −1 OUT2 016 018 = (const、 −I Q7) −(const、
−1g6)−I。6−I Q7
(2)となる。前述のように! −0であるから出
力tJT1 端子OUTに流れる電流I は結局トランジスUT りQ6と07とのドレイン電流の差になる。従って+I
N入力端子の電位が−IN入力端子の電位より高くなる
と、トランジスタQ6のドレイン電流は減り、トランジ
スタQ7の電流は増え、■ は負となり出力端子OU
Tから電流がはきOUT 出される。逆に−IN入力端子の電位が+IN入力端子
の電位より高くなると、トランジスタQ6のドレイン電
流は増え、トランジスタQ7のドレイン電流は減り、I
は正となり出力端子UT OUTから電流が引きこまれる。両入力端子の電圧が等
しいと、I 、I が等しくなり、IoU□Q6
Q7 =0となる。
onst、 −I g7a1e
(1) ’また、トランジスタQ1□および
Q18はカレントミラー回路を構成しているため、トラ
ンジスタQ15のドレイン電流はトランジスタQ18の
ドレイン電流と等しくなり、電流■ は、 )OU
T2 1 −r −1 OUT2 016 018 = (const、 −I Q7) −(const、
−1g6)−I。6−I Q7
(2)となる。前述のように! −0であるから出
力tJT1 端子OUTに流れる電流I は結局トランジスUT りQ6と07とのドレイン電流の差になる。従って+I
N入力端子の電位が−IN入力端子の電位より高くなる
と、トランジスタQ6のドレイン電流は減り、トランジ
スタQ7の電流は増え、■ は負となり出力端子OU
Tから電流がはきOUT 出される。逆に−IN入力端子の電位が+IN入力端子
の電位より高くなると、トランジスタQ6のドレイン電
流は増え、トランジスタQ7のドレイン電流は減り、I
は正となり出力端子UT OUTから電流が引きこまれる。両入力端子の電圧が等
しいと、I 、I が等しくなり、IoU□Q6
Q7 =0となる。
いま、■ −■ 十α
81AS2 thN
とおくと、トランジスタQ8.Q9のソース−ドレイン
電流電圧は、はぼαに等しく一定となる。ここでα(V
(Pチャネルトランジスタのしきhp い値電圧)とすれば、入力電圧がV88付近であったと
してもトランジスタQ、Q7にソース−ドロ レイン間電圧を十分確保できる。これはトランジスタQ
6.Q7のソース電位がほぼVthpであり、トランジ
スタQ8.Q9のドレイン電圧αがVthpより十分小
さいからである。従って、■ss≦入力電圧≦v8.+
■thHの全範囲で本回路は差動回路として動作する。
電流電圧は、はぼαに等しく一定となる。ここでα(V
(Pチャネルトランジスタのしきhp い値電圧)とすれば、入力電圧がV88付近であったと
してもトランジスタQ、Q7にソース−ドロ レイン間電圧を十分確保できる。これはトランジスタQ
6.Q7のソース電位がほぼVthpであり、トランジ
スタQ8.Q9のドレイン電圧αがVthpより十分小
さいからである。従って、■ss≦入力電圧≦v8.+
■thHの全範囲で本回路は差動回路として動作する。
)
(If) Vo、−V、、、≦入力電圧≦vooの場
合。
合。
(I)の場合とは逆に下半分の回路において、トランジ
スタQ6.Q7はOFFとなる。よってトランジスタQ
、Q にトランジスタQ8゜Q9からの定電流が
流れる。また、第2のカレントミラー回路4の働きによ
って、トランジスタQ15のドレインIIとトランジス
タQ18のドレイン電流とが等しくなるため、電流1
=OとなOUT2 す、出力端子0tJTには何ら影響を与えない。
スタQ6.Q7はOFFとなる。よってトランジスタQ
、Q にトランジスタQ8゜Q9からの定電流が
流れる。また、第2のカレントミラー回路4の働きによ
って、トランジスタQ15のドレインIIとトランジス
タQ18のドレイン電流とが等しくなるため、電流1
=OとなOUT2 す、出力端子0tJTには何ら影響を与えない。
一方、上半分の回路においては、(I>の場合と同様に
次式が得られる。
次式が得られる。
! = C0nSi、 I QI1 Ql2 =
const、 I Q2 (3)ま
た、トランジスタQ13.Q14はカレントミラー回路
を構成しているため、I =1 である。
const、 I Q2 (3)ま
た、トランジスタQ13.Q14はカレントミラー回路
を構成しているため、I =1 である。
011 Ql4
従って次式が得られる。
l0UT2=I Ql4 1 Q12= (cons
t、 −I Ql) −(const、 −I Q2)
”IO2IQl (4)前述のように
1 −0であるから、出力端子UT2 OUTに流れる電流I は結局トランジスタUT Q と02とのドレイン電流の差になる。従って+IN
入力端子の電位が−IN入力端子の電位より高くなると
、トランジスタQ1のドレイン電流は増え、トランジス
タQ2の電流は減り、I。1、は負となり出力端子OU
Tから電流がはき出される。逆に−IN入力端子の電位
が+IN入力端子の電位より高くなると、トランジスタ
Q1のドレイン電流は減り、トランジスタQ2のドレイ
ン電流は増え、■ は正となり出力端子OUTからO
UT 電流が引きこまれる。両入力端子の電圧が等しいと、1
.1 が等しくなり、I =Oとなる。
t、 −I Ql) −(const、 −I Q2)
”IO2IQl (4)前述のように
1 −0であるから、出力端子UT2 OUTに流れる電流I は結局トランジスタUT Q と02とのドレイン電流の差になる。従って+IN
入力端子の電位が−IN入力端子の電位より高くなると
、トランジスタQ1のドレイン電流は増え、トランジス
タQ2の電流は減り、I。1、は負となり出力端子OU
Tから電流がはき出される。逆に−IN入力端子の電位
が+IN入力端子の電位より高くなると、トランジスタ
Q1のドレイン電流は減り、トランジスタQ2のドレイ
ン電流は増え、■ は正となり出力端子OUTからO
UT 電流が引きこまれる。両入力端子の電圧が等しいと、1
.1 が等しくなり、I =Oとなる。
Q6 Q7 OUT:V +α
いま” BIASl thP
とおくと、トランジスタQ 、Q4のソース−ドレイン
間電圧は、はぼαに等しく一定となる。ここでα(Vt
hNとすれば、入力電圧がV00付近であったとしても
トランジスタQ1.Q2のソース−ドレイン間電圧を十
分確保できる。これはトランジスタQ1.Q2のソース
電位がほぼVthNであり、トランジスタQ 、Q
のドレイン電圧αがvthNより十分小さいからであ
る。従って、VDO−■thP≦入力電圧≦■ooの全
範囲で本回路は差動回路として動作する。
間電圧は、はぼαに等しく一定となる。ここでα(Vt
hNとすれば、入力電圧がV00付近であったとしても
トランジスタQ1.Q2のソース−ドレイン間電圧を十
分確保できる。これはトランジスタQ1.Q2のソース
電位がほぼVthNであり、トランジスタQ 、Q
のドレイン電圧αがvthNより十分小さいからであ
る。従って、VDO−■thP≦入力電圧≦■ooの全
範囲で本回路は差動回路として動作する。
(I[[) V88+V、、N<入力’i4圧< V
、o−V thpの場合。
、o−V thpの場合。
上半分の回路動作は(II)の場合と同様で、10UT
1” I Q2 1 Q2 (4)
なる式に従い、下半分の回路動作は(I>の場合と同様
で、 10UT2”’ I Q6 I Q7
(2)なる式に従う。
1” I Q2 1 Q2 (4)
なる式に従い、下半分の回路動作は(I>の場合と同様
で、 10UT2”’ I Q6 I Q7
(2)なる式に従う。
よって、次式が得られる。
I =I +l
0UT 0uT1 0UT2
= (Ig2− IQl) + (IO2−IQl)従
って+IN入力端子の電位が−IN入力端子の電位より
高くなると、IO1〉IO2,IO7〉IO6となるた
め、■ は負、即ち出力端子OUTからOUT 電流がはき出される。逆に=IN入力端子の電位が+I
N入力端子の電位より高くなると、IO2〉rQl、I
O2> IQlとなるため、I OUTは正、即ち出力
端子0tJTから電流が引きこまれる。両入力端子の電
圧が等しいと、IQl””Q2.IO2IQlとなり、
I =Oとなる。従って、Vss十UT V く入力電圧〈■DO−■thPの全範囲で本口h
N 路は差動回路として動作する。
って+IN入力端子の電位が−IN入力端子の電位より
高くなると、IO1〉IO2,IO7〉IO6となるた
め、■ は負、即ち出力端子OUTからOUT 電流がはき出される。逆に=IN入力端子の電位が+I
N入力端子の電位より高くなると、IO2〉rQl、I
O2> IQlとなるため、I OUTは正、即ち出力
端子0tJTから電流が引きこまれる。両入力端子の電
圧が等しいと、IQl””Q2.IO2IQlとなり、
I =Oとなる。従って、Vss十UT V く入力電圧〈■DO−■thPの全範囲で本口h
N 路は差動回路として動作する。
以上のとおり、(I)、 (II)、 (I[)の
全範囲において本回路は差動回路として動作する。
全範囲において本回路は差動回路として動作する。
第2図は、第1図に示す回路の中のvBIA81および
V BIAS2を実際のトランジスタ回路で組んだ実施
例である。■ はダイオード接続されたBIASI PチャネルトランジスタQ21、Nチャネルトランジス
タQ22、バイアス電源VB3から構成され、トランジ
スタQ11.Q1□のゲートに定電圧を供給する。■B
IAS2はダイオード接続されたNチャネルトランジス
タQ 、PチャネルトランジスタQ24、バイアス電
流■84から構成され、トランジスタQ15.Q16の
ゲートに定電圧を供給する。
V BIAS2を実際のトランジスタ回路で組んだ実施
例である。■ はダイオード接続されたBIASI PチャネルトランジスタQ21、Nチャネルトランジス
タQ22、バイアス電源VB3から構成され、トランジ
スタQ11.Q1□のゲートに定電圧を供給する。■B
IAS2はダイオード接続されたNチャネルトランジス
タQ 、PチャネルトランジスタQ24、バイアス電
流■84から構成され、トランジスタQ15.Q16の
ゲートに定電圧を供給する。
第3図は、第1図に示す回路の出力段にインバータ回路
Invを付加して駆動能力を高めた実施例である。イン
バータ回路1nvは一般に用いられているインバータ回
路で、PチャネルトランジスタQ31とNチャネルトラ
ンジスタQ32から構成される。
Invを付加して駆動能力を高めた実施例である。イン
バータ回路1nvは一般に用いられているインバータ回
路で、PチャネルトランジスタQ31とNチャネルトラ
ンジスタQ32から構成される。
第4図は、第1図に示す回路の出力段に増幅回路A m
p’ を付加して出力信号を増幅した実施例である。増
幅回路A u’は一般に用いられている回路で、Pチャ
ネルトランジスタQ41、NチャネルトランジスタQ4
2、バイアス電源vB5から構成される。
p’ を付加して出力信号を増幅した実施例である。増
幅回路A u’は一般に用いられている回路で、Pチャ
ネルトランジスタQ41、NチャネルトランジスタQ4
2、バイアス電源vB5から構成される。
第5図は、第1図に示す回路の出力段に別な増幅回路A
Ill o 17を付加して出力信号を増幅した実施
例である。この増幅回路A +1i p I+も一般に
用いられている回路で、PチャネルトランジスタQ51
、NチャネルトランジスタQ52、バイアス電源VB6
から構成される。
Ill o 17を付加して出力信号を増幅した実施
例である。この増幅回路A +1i p I+も一般に
用いられている回路で、PチャネルトランジスタQ51
、NチャネルトランジスタQ52、バイアス電源VB6
から構成される。
第6図は、第1図に示す回路をFETではなく、バイポ
ーラトランジスタで組んだものである。即ち、Pチャネ
ルトランジスタをPNP型のバイポーラトランジスタで
置きかえ、NチャネルトランジスタをNPNトランジス
タで置きかえたものである。回路構成および動作は第1
図に示す回路と同様であるため説明は省略する。この回
路も■。0〜VEEの間の全範囲の入力電圧に対して差
動回路としての働きをする。
ーラトランジスタで組んだものである。即ち、Pチャネ
ルトランジスタをPNP型のバイポーラトランジスタで
置きかえ、NチャネルトランジスタをNPNトランジス
タで置きかえたものである。回路構成および動作は第1
図に示す回路と同様であるため説明は省略する。この回
路も■。0〜VEEの間の全範囲の入力電圧に対して差
動回路としての働きをする。
第3図〜第5図に示す回路は、第9図に示すようにボル
テージフォロワ接続して用いることができる。この場合
、従来の回路のようにダイナミックレンジの制限を受け
ず、■DD〜V8.のフルスイングの入力に対しても歪
なくほぼvDO〜■88のフルスイングの出力を取り出
すことができる。従って、時計、電卓等の3V系の装置
に用いた場合、ダイナミックレンジは従来の60%から
100%へと向上させることができる。また、本発明に
係る回路は、ボルテージフォロワのみでなく、VDD〜
VSSの全入力範囲において動作するコンパレータとし
て用いることもできる。
テージフォロワ接続して用いることができる。この場合
、従来の回路のようにダイナミックレンジの制限を受け
ず、■DD〜V8.のフルスイングの入力に対しても歪
なくほぼvDO〜■88のフルスイングの出力を取り出
すことができる。従って、時計、電卓等の3V系の装置
に用いた場合、ダイナミックレンジは従来の60%から
100%へと向上させることができる。また、本発明に
係る回路は、ボルテージフォロワのみでなく、VDD〜
VSSの全入力範囲において動作するコンパレータとし
て用いることもできる。
〔発明の効果〕
以上のとおり本発明によれば差動回路をPチャネル差動
回路とNチャネル差動回路との組合せで構成し、その負
荷回路にカレントミラー回路とゲートまたはベース接地
トランジスタとを用いるようにしたため、不動作領域が
なくなり、広いダイナミックレンジを確保することがで
きる。
回路とNチャネル差動回路との組合せで構成し、その負
荷回路にカレントミラー回路とゲートまたはベース接地
トランジスタとを用いるようにしたため、不動作領域が
なくなり、広いダイナミックレンジを確保することがで
きる。
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図〜第6図は
それぞれ本発明の別な一実施例の回路図、第7図は従来
の差動回路の回路図、第8図は従来の差動回路に増幅段
を付加した回路図、第9図は差動回路をボルテージフォ
ロワ接続した回路図、第10図は従来の差動回路をボル
テージフォロワ接続したときの動作を示す説明図である
。 1・・・N型差動回路、2・・・P型差動回路、3・・
・第1のカレントミラー回路、4・・・第2のカレント
ミラー回路、01〜Q52・・・トランジスタ(FET
)、V 〜■ ・・・バイアス電流、■、■8、AS2
Bi B6 B
IASl・・・バイアス電源。 出願人代理人 猪 股 清 も 1 図 ’−−十−−−−−−−−−−’ ら2図 BjASI Vs+′As□ 53 尺 54 図 も5 図 67 図 も 9 図 610 図
それぞれ本発明の別な一実施例の回路図、第7図は従来
の差動回路の回路図、第8図は従来の差動回路に増幅段
を付加した回路図、第9図は差動回路をボルテージフォ
ロワ接続した回路図、第10図は従来の差動回路をボル
テージフォロワ接続したときの動作を示す説明図である
。 1・・・N型差動回路、2・・・P型差動回路、3・・
・第1のカレントミラー回路、4・・・第2のカレント
ミラー回路、01〜Q52・・・トランジスタ(FET
)、V 〜■ ・・・バイアス電流、■、■8、AS2
Bi B6 B
IASl・・・バイアス電源。 出願人代理人 猪 股 清 も 1 図 ’−−十−−−−−−−−−−’ ら2図 BjASI Vs+′As□ 53 尺 54 図 も5 図 67 図 も 9 図 610 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1の入力電圧を与えるための第1の入力端子と、 第2の入力電圧を与えるための第2の入力端子と、 前記第1の入力端子および前記第2の入力端子に与えら
れた両電圧の差に応じたそれぞれの電流を、第1のノー
ドおよび第2のノードに供給し、NチャネルのFETま
たはNPNトランジスタから構成されるN型差動回路と
、 前記第1のノードおよび前記第2のノードに定電流を供
給する定電流源と、 ソースまたはエミッタが前記第1のノードに、ゲートま
たはベースが定電圧源に、それぞれ接続されたPチャネ
ルのFETまたはPNPトランジスタから成る第1ノー
ドトランジスタと、 ソースまたはエミッタが前記第2のノードに、ゲートま
たはベースが定電圧源に、それぞれ接続されたPチャネ
ルのFETまたはPNPトランジスタから成る第2ノー
ドトランジスタと、 前記第1ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ
電流を入力電流とし、前記第2ノードトランジスタのド
レインまたはコレクタに前記入力電流と等しい出力電流
を供給する第1のカレントミラー回路と、 前記第1の入力端子および前記第2の入力端子に与えら
れた両電圧の差に応じたそれぞれの電流を、第3のノー
ドおよび第4のノードに供給し、PチャネルのFETま
たはPNPトランジスタから構成されるP型差動回路と
、 前記第3のノードおよび前記第4のノードに定電流を供
給する定電流源と、 ソースまたはエミッタが前記第3のノードに、ゲートま
たはベースが定電圧源に、それぞれ接続されたNチャネ
ルのFETまたはNPNトランジスタから成る第3ノー
ドトランジスタと、 ソースまたはエミッタが前記第4のノードに、ゲートま
たはベースが定電圧源に、それぞれ接続されたNチャネ
ルのFETまたはNPNトランジスタから成る第4ノー
ドトランジスタと、 前記第3ノードトランジスタのドレインまたはコレクタ
電流を入力電流とし、前記第4ノードトランジスタのド
レインまたはコレクタに前記入力電流と等しい出力電流
を供給する第2のカレントミラー回路と、 を備え、 前記第1の入力端子および前記第2の入力端子を両入力
端子とし、前記第1のカレントミラー回路および前記第
2のカレントミラー回路のそれぞれの電流出力端子に接
続された端子を出力端子とすることを特徴とする差動回
路。 2、N型差動回路が、ソースが定電圧源に、ゲートが第
1の入力端子に、ドレインが第1のノードに、それぞれ
接続されたNチャネルFETと、ソースが定電圧源に、
ゲートが第2の入力端子に、ドレインが第2のノードに
、それぞれ接続されたNチャネルFETと、から成り、 P型差動回路が、ソースが定電圧源に、ゲートが第1の
入力端子に、ドレインが第3のノードに、それぞれ接続
されたPチャネルFETと、ソースが定電圧源に、ゲー
トが第2の入力端子に、ドレインが第4のノードに、そ
れぞれ接続されたPチャネルFETと、から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の差動回路。 3、N型差動回路が、エミッタが定電圧源に、ベースが
第1の入力端子に、コレクタが第1のノードに、それぞ
れ接続されたNPNトランジスタと、エミッタが定電圧
源に、ベースが第2の入力端子に、コレクタが第2のノ
ードに、それぞれ接続されたNPNトランジスタと、か
ら成り、P型差動回路が、エミッタが定電圧源に、ベー
スが第1の入力端子に、コレクタが第3のノードに、そ
れぞれ接続されたPNPトランジスタと、エミッタが定
電圧源に、ベースが第2の入力端子に、コレクタが第4
のノードに、それぞれ接続されたPNPトランジスタと
、から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の差動回路。 4、第1のカレントミラー回路が、ソースが接地され、
ゲートおよびドレインが第1ノードトランジスタのドレ
インに接続されたNチャネルFETと、ソースが接地さ
れ、ゲートが前記NチャネルFETのゲートに接続され
、ドレインが第2ノードトランジスタのドレインに接続
されたNチャネルFETと、から成り、 第2カレントミラー回路が、ソースが定電圧源に接続さ
れ、ゲートおよびドレインが第3ノードトランジスタの
ドレインに接続されたPチャネルFETと、ソースが定
電圧源に接続され、ゲートが前記PチャネルFETのゲ
ートに接続され、ドレインが第4ノードトランジスタの
ドレインに接続されたPチャネルFETと、から成るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載
の差動回路。 5、第1のカレントミラー回路が、エミッタが接地され
、ベースおよびコレクタが第1ノードトランジスタのコ
レクタに接続されたNPNトランジスタと、エミッタが
接地され、ベースが前記NPNトランジスタのベースに
接続され、コレクタが第2ノードトランジスタのコレク
タに接続されたNPNトランジスタと、から成り、 第2のカレントミラー回路が、エミッタが定電圧源に接
続され、ベースおよびコレクタが第3ノードトランジス
タのコレクタに接続されたPNPトランジスタと、エミ
ッタが定電圧源に接続され、ベースが前記PNPトラン
ジスタのベースに接続され、コレクタが第4ノードトラ
ンジスタのコレクタに接続されたPNPトランジスタと
、から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
は第3項記載の差動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7499385A JPS61234110A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 差動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7499385A JPS61234110A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 差動回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61234110A true JPS61234110A (ja) | 1986-10-18 |
Family
ID=13563309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7499385A Pending JPS61234110A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 差動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61234110A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS632193A (ja) * | 1986-06-20 | 1988-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | センスアンプ回路 |
US5083051A (en) * | 1990-02-26 | 1992-01-21 | Motorola, Inc. | Output driver circuit with improved output stage biasing |
EP0512795A2 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-11 | Harris Corporation | Full range input/output comparator |
US5266887A (en) * | 1988-05-24 | 1993-11-30 | Dallas Semiconductor Corp. | Bidirectional voltage to current converter |
US5519309A (en) * | 1988-05-24 | 1996-05-21 | Dallas Semiconductor Corporation | Voltage to current converter with extended dynamic range |
-
1985
- 1985-04-09 JP JP7499385A patent/JPS61234110A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS632193A (ja) * | 1986-06-20 | 1988-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | センスアンプ回路 |
US5266887A (en) * | 1988-05-24 | 1993-11-30 | Dallas Semiconductor Corp. | Bidirectional voltage to current converter |
US5519309A (en) * | 1988-05-24 | 1996-05-21 | Dallas Semiconductor Corporation | Voltage to current converter with extended dynamic range |
US5083051A (en) * | 1990-02-26 | 1992-01-21 | Motorola, Inc. | Output driver circuit with improved output stage biasing |
EP0512795A2 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-11 | Harris Corporation | Full range input/output comparator |
EP0512795A3 (en) * | 1991-05-06 | 1994-05-11 | Harris Corp | Full range input/output comparator |
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