JPS6123892B2 - - Google Patents

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JPS6123892B2
JPS6123892B2 JP54012276A JP1227679A JPS6123892B2 JP S6123892 B2 JPS6123892 B2 JP S6123892B2 JP 54012276 A JP54012276 A JP 54012276A JP 1227679 A JP1227679 A JP 1227679A JP S6123892 B2 JPS6123892 B2 JP S6123892B2
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collector
transistor
differential amplifier
npn transistor
base
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JP54012276A
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Kenji Kaneko
Takahiro Okabe
Tooru Nakamura
Kazuo Takasugi
Minoru Nagata
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電流比較型の差動増幅回路に関する
ものであり、特に、逆動作NPN形トランジス
タ、さらには集積注入論理回路(Integrated
Injection Logic、以下I2L)によるカレントミラ
ー回路を用いた差動増幅回路に関するものであ
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a current comparison type differential amplifier circuit, and in particular to a reverse-acting NPN type transistor, and furthermore, an integrated injection logic circuit (Integrated Injection Logic Circuit).
It relates to a differential amplifier circuit using a current mirror circuit based on Injection Logic (hereinafter referred to as I 2 L).

〔従来技術〕[Prior art]

従来、差動増幅回路として知られているもの
は、二つの入力信号の差電圧を増幅する電圧比較
型の回路であつた。第1図Aに従来の差動増幅回
路を示す。
Conventionally, what is known as a differential amplifier circuit is a voltage comparison type circuit that amplifies the difference voltage between two input signals. FIG. 1A shows a conventional differential amplifier circuit.

第1図Aに示すように、ペアのトランジスタ
Q1,Q2のエミツタを共通接続して定電流源Iに
接続する。定電流源Iはインピーダンスが非常に
高いので、各々のトランジスタQ1,Q2はエミツ
タ・ホロア動作となり、その入力インピーダンス
は非常に高くなる。もしトランジスタQ1,Q2
負荷R1,R2の各々が全く同一に形成されてい
て、入力電圧VI1,VI2が等しい電圧であれば、
各々のトランジスタQ1,Q2に流れる電流は等し
くなる。もし入力電圧VI1がVI2より大きけれ
ば、トランジスタQ1の電流はトランジスタQ2
電流より大きくなる。両トランジスタはエミツタ
が結合され、定電流源に接続されているので、ト
ランジスタQ1の電流増分とトランジスタQ2の電
流減少分は等しくなり、出力電圧VOUTにはトラ
ンジスタQ2の電流減少分に比例した電圧増加分
が現われる。
As shown in Figure 1A, a pair of transistors
Connect the emitters of Q 1 and Q 2 in common and connect them to constant current source I. Since the constant current source I has a very high impedance, each transistor Q 1 and Q 2 operates as an emitter follower, and its input impedance becomes very high. If the transistors Q 1 and Q 2 and the loads R 1 and R 2 are formed identically, and the input voltages V I1 and V I2 are equal, then
The current flowing through each transistor Q 1 and Q 2 becomes equal. If the input voltage V I1 is greater than V I2 , the current in transistor Q 1 will be greater than the current in transistor Q 2 . Since the emitters of both transistors are tied together and connected to a constant current source, the increase in current in transistor Q 1 and the decrease in current in transistor Q 2 are equal, and the output voltage V OUT is equal to the decrease in current in transistor Q 2 . A proportional voltage increase appears.

このように、従来の差動増幅回路は入力インピ
ーダンスが非常に高いので、入力電流は小さく、
入力の電圧を比較して出力を得る形になつてい
る。
In this way, conventional differential amplifier circuits have very high input impedance, so the input current is small.
The output is obtained by comparing the input voltages.

この従来の差動増幅回路は各々のトランジスタ
と抵抗を集積回路中では分離して作る必要があ
る。第1図A中の定電流源も通常はNPN形トラ
ンジスタを用いて形成する。第1図Aの差動増幅
回路を集積回路中で形成する場合の平面パターン
の1例を第1図Bに示す。第1図Bのように、差
動対になつているトランジスタQ1,Q2と定電流
源用のトランジスタQ31、および抵抗R1,R2
各々分離領域で10に囲まれた島領域11に形成
しなければならない。このため集積回路中に占め
る面積は大きくなる。
In this conventional differential amplifier circuit, each transistor and resistor must be fabricated separately in an integrated circuit. The constant current source shown in FIG. 1A is also usually formed using an NPN transistor. FIG. 1B shows an example of a plane pattern when the differential amplifier circuit of FIG. 1A is formed in an integrated circuit. As shown in FIG. 1B, the transistors Q 1 and Q 2 forming a differential pair, the constant current source transistor Q 31 , and the resistors R 1 and R 2 are each located in an island region surrounded by isolation regions. 11 must be formed. Therefore, the area occupied in the integrated circuit increases.

差動増幅器の応用としてフオトセルを電圧比較
形差動増幅回路の入力に用いる場合には、第1図
Cのように用いる。第1図Cの(+)、(−)の入
力は、第1図AのVI1,VI2の入力に相当する。
D1がフオト・セルのダイオードであり、光量に
比例した電流が得られる。ダイオードD2はD1
生じた電流を電圧に変換するためのダイオードで
ある。
When a photo cell is used as an input of a voltage comparison type differential amplifier circuit as an application of a differential amplifier, it is used as shown in FIG. 1C. The (+) and (-) inputs in FIG. 1C correspond to the V I1 and V I2 inputs in FIG. 1A.
D1 is the diode of the photo cell, and a current proportional to the amount of light can be obtained. Diode D2 is a diode for converting the current generated in D1 into voltage.

光入力が微弱な場合は、当然ダイオードD1
電流は微少になり、100pA〜数100pA程度になる
こともある。このような状態のときでも差動増幅
回路Aは正確に入力信号に応じて増幅する必要が
ある。ダイオードD1は差動増幅回路の入力とア
ース側に並列に接続されているので、もし差動増
幅回路の入力側にダイオードD1で生じた電流が
流れると正確な増幅ができなくなる。このため差
動増幅回路のインピーダンスは非常に高い値が要
求され、入力電流の仕様は数10pA以下である必
要がある。
If the optical input is weak, the current flowing through the diode D1 will naturally be very small, sometimes on the order of 100 pA to several 100 pA. Even in such a state, the differential amplifier circuit A needs to accurately amplify the input signal. Since the diode D1 is connected in parallel to the input of the differential amplifier circuit and the ground side, if the current generated by the diode D1 flows to the input side of the differential amplifier circuit, accurate amplification will not be possible. Therefore, the impedance of the differential amplifier circuit is required to be extremely high, and the input current specification must be several tens of pA or less.

又、従来の差動増幅回路をI2Lと同時に用いる
場合は、両回路の信号レベルが異なるため、差動
増幅回路の出力をI2Lの信号レベルまで変換する
必要がある(またはその逆)。一般には、差動増
幅回路の出力信号はI2Lよりも電圧レベルが大き
い。この、レベル変換のために、第1図Aに示し
た回路の他に、レベルシフト回路が必要となり、
回路面積は更に大きくなる。
Furthermore, when a conventional differential amplifier circuit is used at the same time as I 2 L, the signal levels of both circuits are different, so it is necessary to convert the output of the differential amplifier circuit to the signal level of I 2 L (or vice versa). ). Generally, the output signal of the differential amplifier circuit has a higher voltage level than I 2 L. For this level conversion, a level shift circuit is required in addition to the circuit shown in Figure 1A.
The circuit area becomes even larger.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述した従来の差動増幅回路の問題点
を改善することを目的とする。
The present invention aims to improve the problems of the conventional differential amplifier circuit described above.

本発明の目的とするところは、回路構成が簡単
で、半導体チツプ中での占有面積が少ない差動増
幅回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit that has a simple circuit configuration and occupies a small area on a semiconductor chip.

又、本発明の目的は、I2Lと同時に用いた場
合、I2Lへのレベル変換の必要ない差動増幅回路
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit that does not require level conversion to I 2 L when used simultaneously with I 2 L.

さらに、本発明の目的は、I2Lだけで構成でき
る電流比較型の差動増幅回路を提供することにあ
る。
A further object of the present invention is to provide a current comparison type differential amplifier circuit that can be configured only with I 2 L.

〔発明の総括説明〕[General explanation of the invention]

本発明の差動増幅回路は、カレントミラー回路
を複数用いて電流源とし、これ等を組み合わせて
電流の和又は差をとり増幅する増幅回路である。
マルチコレクタを有する第1、第2、第3、第4
の逆NPN形トランジスタを有し、それぞれのマ
ルチコレクタのうちの1つのコレクタをベースに
接続し、第1、第2の逆NPN形トランジスタを
差動入力トランジスタとし、第1、第2の逆
NPNトランジスタのそれぞれの他の1つのコレ
クタおよび第3、第4の逆NPN形トランジスタ
のベースを負荷電流源となるPNP形トランジスタ
に接続し、第3の逆NPN形トランジスタの他の
1つのコレクタより差動出力を取り出してなる差
動増幅器である。
The differential amplification circuit of the present invention is an amplification circuit that uses a plurality of current mirror circuits as a current source, and combines them to take and amplify the sum or difference of currents.
1st, 2nd, 3rd, 4th with multi-collector
one collector of each multi-collector is connected to the base, the first and second inverse NPN transistors are differential input transistors, and the first and second inverse
The other collector of each of the NPN transistors and the bases of the third and fourth inverted NPN transistors are connected to a PNP transistor serving as a load current source, and the other collector of the third inverted NPN transistor is connected to the base of the third and fourth inverted NPN transistors. This is a differential amplifier that extracts differential output.

第2図Aは本発明者等がまず最初に検討した電
流比較型の差動増幅器の例である。本例の差動増
幅器は、第2図Aに示す様に、複数のコレクタを
有する逆動作NPN形トランジスタ(以下、単に
逆NPNトランジスタ)Q1,Q2,Q5とPNP形トラ
ンジスタQ3,Q4とからなつている。逆NPN形ト
ランジスタQ1,Q2,Q5は、それぞれ、マルチコ
レクタのうちの第1のコレクタC11,C21,C51
ベースに接続し、第2のコレクタC12,C22,C52
との間でカレントミラー回路を構成する。NPN
形トランジスタQ1,Q2は差動入力のトランジス
タであり、それぞれの第2のコレクタC12,C22
は、負荷の電流源となるPNP形トランジスタ
Q3,Q4が接続される。又、PNP形トランジスタ
Q3,Q4もカレントミラー回路の構成となつてい
る。IN1,IN2はそれぞれ、NPN形トランジス
タのベース端子であり、差動入力端子である。差
動出力電流は、NPN形トランジスタQ2の第2の
コレクタC22にベースを接続したNPN形トランジ
スタQ5の第2のコレクタC52の端子OUTより取り
出される。第2図Aにおいて、Vccは電源電圧端
子である。
FIG. 2A is an example of a current comparison type differential amplifier that was first investigated by the present inventors. As shown in FIG. 2A, the differential amplifier of this example consists of reverse operation NPN transistors (hereinafter simply referred to as reverse NPN transistors) Q 1 , Q 2 , Q 5 and PNP transistors Q 3 , Q 5 having multiple collectors. Q It is made up of 4 . The inverse NPN transistors Q 1 , Q 2 , Q 5 have their bases connected to the first collectors C 11 , C 21 , C 51 of the multi-collector, and the second collectors C 12 , C 22 , C 52
A current mirror circuit is constructed between the NPN
The type transistors Q 1 and Q 2 are differential input transistors, and their second collectors C 12 and C 22 are connected to PNP type transistors that serve as current sources for the load.
Q 3 and Q 4 are connected. Also, PNP type transistor
Q 3 and Q 4 also have a current mirror circuit configuration. IN1 and IN2 are base terminals of NPN transistors and differential input terminals, respectively. The differential output current is taken out from the terminal OUT of the second collector C52 of the NPN transistor Q5 whose base is connected to the second collector C22 of the NPN transistor Q2. In FIG. 2A, Vcc is a power supply voltage terminal.

第2図Aにおいて、IN1に入力電流I1が加えら
れ、IN2に入力電流I2が加えられているとする。
またトランジスタQ1,Q2において、ベースに接
続されている第1のコレクタともう一方の第2の
コレクタに流れる電流の比をmに設定してあると
する。さらにトランジスタQ5においては、ベー
スに接続されている第1のコレクタと第2のコレ
クタの電流の比がnに設定されているとする。こ
のときトランジスタQ1のコレクタのうちトラン
ジスタQ3と接続されている第2のコレクタの電
流はmI1である。トランジスタQ3とQ4もカレント
ミラー回路構成になつているので、トランジスタ
Q4のコレクタ電流もほぼmI1となる。一方トラン
ジスタQ2のトランジスタQ4と接続されている第
2のコレクタの電流はmI2となる。したがつてト
ランジスタQ5へ流れる電流はm(I1−I2)とな
る。トランジスタQ5の出力電流IOUTはベースに
接続されている第1のコレクタC51の電流のn倍
であるので出力電流は IOUT=mn(I1−I2) ………(1) となる。したがつて電流利得は、 AI=IOUT/I−I=mn………(2) となる。
In FIG. 2A, it is assumed that an input current I 1 is applied to IN1 and an input current I 2 is applied to IN2.
Further, in the transistors Q 1 and Q 2 , it is assumed that the ratio of the current flowing through the first collector connected to the base and the other second collector is set to m. Furthermore, in the transistor Q5 , it is assumed that the ratio of the currents of the first collector and the second collector connected to the base is set to n. At this time, the current in the second collector of the collector of the transistor Q 1 connected to the transistor Q 3 is mI 1 . Transistors Q 3 and Q 4 also have a current mirror circuit configuration, so transistors
The collector current of Q 4 is also approximately mI 1 . On the other hand, the current in the second collector of transistor Q 2 connected to transistor Q 4 is mI 2 . Therefore, the current flowing to transistor Q5 is m( I1 - I2 ). The output current I OUT of the transistor Q 5 is n times the current of the first collector C 51 connected to the base, so the output current is I OUT = mn (I 1 − I 2 ) (1). Become. Therefore, the current gain is A I =I OUT /I 1 -I 2 =mn (2).

式(1)からわかるように、入力電流I1がI2より大
きいときだけ出力電流が得られる。したがつて本
回路は電流比較形の差動増幅回路となつている。
As can be seen from equation (1), an output current is obtained only when the input current I 1 is greater than I 2 . Therefore, this circuit is a current comparison type differential amplifier circuit.

式(2)におけるm、nの値はトランジスタQ1
Q2,Q3においてベースに接続される第1のコレ
クタともう一方の第2のコレクタの間の面積を変
えることによつて任意に設定できる。
The values of m and n in equation (2) are transistors Q 1 ,
It can be arbitrarily set by changing the area between the first collector connected to the base and the other second collector in Q 2 and Q 3 .

第2図BはトランジスタQ1の平面パターン図
の1例である。逆NPN形トランジスタにおいて
は、ベース21の面積を一定とし、コレクタ2
2,23の面積を変えた場合に、電流増幅率はコ
レクタ面積とベース面積の比にほぼ比例する。第
2図Bにおいて、ベースに接続されている(配線
24のベースとの接続点は25)コレクタC11
面積をSC1とする。もう一方のコレクタC12の面
積をSC2とする。またベース面積をSBとする
と、コレクタC11,C12それぞれのコレクタの電流
増幅率β,βは β=kSC1/S ………(3) β=kSC2/S ………(4) となる。ここでkは比例定数である。したがつて
コレクタC11,C12に流れる電流IC1,IC2はベー
ス電流をIBとするとそれぞれ IC1=β1IB=kSC1/SB ………(5) IC2=β2IB=kSC2/SB ………(6) となる。したがつてコレクタC11,C12の電流の比
は IC2/IC1=SC2/SC1=m となり、コレクタ面積の比に比例することにな
る。したがつてmの値はコレクタ面積を任意に変
化させることによつて設定できる。
FIG. 2B is an example of a planar pattern diagram of the transistor Q1 . In an inverted NPN transistor, the area of the base 21 is constant and the area of the collector 2 is
When the areas of 2 and 23 are changed, the current amplification factor is approximately proportional to the ratio of the collector area to the base area. In FIG. 2B, the area of the collector C11 connected to the base (the connection point of the wiring 24 to the base is 25) is S C1 . Let the area of the other collector C12 be S C2 . Furthermore, if the base area is S B , the current amplification factors β 1 and β 2 of the collectors C 11 and C 12 are β 1 =kS C1 /S B (3) β 2 =kS C2 /S B ......(4) becomes. Here k is a proportionality constant. Therefore, the currents I C1 and I C2 flowing through the collectors C 11 and C 12 are respectively I C1 = β 1 I B = kS C1 / S B I B (5) I C2 = β 2 I B =kS C2 /S B I B (6). Therefore, the ratio of the currents in the collectors C 11 and C 12 is I C2 /I C1 =S C2 /S C1 =m, which is proportional to the ratio of the collector areas. Therefore, the value of m can be set by arbitrarily changing the collector area.

第2図Aで示した電流比較形の差動増幅回路に
おいてフオト・セルを用いる場合は、フオト・セ
ルを第2図Cのように入力にフオト・セルD1
直列に入れる。第2図Cにおいて、差動増幅器
A1の(+)の入力は第2図AのIN2入力であ
り、(−)入力はIN1入力である。本回路の出力
は(−)に接続し、この点に基準バイアス電流I
refを与えると、入力(+)(IN2入力)が増加し
たときに出力電流も増加する。第2図Cのように
フオト・セルを入力に直列に入れた場合には、光
入力によつてフオト・セルD1に発生した光起電
流は全て増幅器に流れ、この電流が増幅される。
このため第1図Cで示した電圧比較形の差動増幅
回路のように洩れ電流を問題にする必要がない。
When a photo cell is used in the current comparison type differential amplifier circuit shown in FIG. 2A, a photo cell D1 is connected in series to the input of the photo cell as shown in FIG. 2C. In Figure 2C, the differential amplifier
The (+) input of A1 is the IN2 input of FIG. 2A, and the (-) input is the IN1 input. The output of this circuit is connected to (-), and the reference bias current I
If ref is given, the output current will also increase when the input (+) (IN2 input) increases. When a photo cell is connected in series with the input as shown in FIG. 2C, all the photovoltaic current generated in the photo cell D1 by the optical input flows to the amplifier, and this current is amplified.
Therefore, unlike the voltage comparison type differential amplifier circuit shown in FIG. 1C, there is no need to worry about leakage current.

このように電流比較形の差動増幅回路はフオ
ト・セルと組み合わせたときには非常に有効とな
る。
In this way, the current comparison type differential amplifier circuit becomes very effective when combined with a photo cell.

本発明者等は、第2図Aに示す電流比較型差動
増幅回路をさらに検討し、I2Lだけで構成できる
電流比較型の差動増幅回路を発明した。
The present inventors further investigated the current comparison type differential amplifier circuit shown in FIG. 2A, and invented a current comparison type differential amplifier circuit that can be constructed using only I 2 L.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例を参照して、詳細に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

第3図Aに本発明の差動増幅器の実施例を示
す。第3図Aに示す差動増幅器では、I2Lを用い
た構成である。第3図Aにおいて、Q21,Q22
Q23,Q24はI2Lの横形PNPトランジスタであり、
ベース接地で用いられる。第3図Aにおいて、
Q11,Q12,Q13,Q14はI2Lの逆NPN形トランジス
タで、カレントミラー構成となつている。第3図
Aにおいて、Q11とQ23,Q13とQ22,Q12とQ24
Q14とQ21とでそれぞれI2Lが構成される。
FIG. 3A shows an embodiment of the differential amplifier of the present invention. The differential amplifier shown in FIG. 3A has a configuration using I 2 L. In Figure 3A, Q 21 , Q 22 ,
Q 23 and Q 24 are I 2 L lateral PNP transistors,
Used for base grounding. In Figure 3A,
Q 11 , Q 12 , Q 13 , and Q 14 are I 2 L inverted NPN transistors with a current mirror configuration. In Figure 3A, Q 11 and Q 23 , Q 13 and Q 22 , Q 12 and Q 24 ,
Q 14 and Q 21 each constitute I 2 L.

第3図Aの差動増幅器において、逆NPN形ト
ランジスタQ11のベース端子である入力端子IN1
に加えられた入力(ベースからの引出し電流I1
と逆NPN形トランジスタQ12のベース端子である
入力端子IN2に加えられた入力(ベースからの
引出し電流I2)との差分に比例する電流が増幅さ
れて、逆NPN形トランジスタQ13の第2のコレク
タ端子C132である出力端子OUTより出力され
る。すなわち、各トランジスタQ11,Q12,Q13
Q14の第1、第2のコレクタ面積が等しく、イン
ジエクタ電流Iioj1=インジエクタ電流Iioj3とす
ると、逆NPN形トランジスタQ14の第2のコレク
タC142の吸い込み電流はI1であり、逆NPN形トラ
ンジスタQ12の第2のコレクタC122の吸い込み電
流は (Iioj4−I2)であり、両者の和は (Iioj4−I2+I1)となる。接続点Mでは、インジエ
クタ電流Iioj2とこの和 (Iioj4−I2+I1)とが比較され、両者の差分{Iioj
−(Iioj4−I2+I1)}が逆NPN形トランジスタQ13
のベースに流れ込み、OUT端子より出力され
る。すなわち、ここでインジエクタ電流Iioj4
インジエクタ電流Iioj2とすれば、出力電流はI2
−I1となる。
In the differential amplifier shown in Figure 3A, the input terminal IN1 is the base terminal of the inverse NPN transistor Q11 .
input applied to (current drawn from the base I 1 )
A current proportional to the difference between the input terminal IN2, which is the base terminal of the inverse NPN transistor Q 12 (current drawn from the base I 2 ), is amplified, and the second current of the inverse NPN transistor Q 13 is amplified. It is output from the output terminal OUT, which is the collector terminal C 132 of. That is, each transistor Q 11 , Q 12 , Q 13 ,
If the first and second collector areas of Q 14 are equal and the injector current I ioj1 = injector current I ioj3 , then the sink current of the second collector C 142 of the inverse NPN transistor Q 14 is I 1 and the inverse NPN The sink current of the second collector C 122 of the type transistor Q 12 is (I ioj4 −I 2 ), and the sum of both is (I ioj4 −I 2 +I 1 ). At the connection point M, the injector current I ioj2 and this sum (I ioj4 −I 2 +I 1 ) are compared, and the difference between the two {I ioj
2 −(I ioj4 −I 2 +I 1 )} is an inverse NPN transistor Q 13
flows into the base of the , and is output from the OUT terminal. That is, here the injector current I ioj4 =
If the injector current is I ioj2 , the output current is I 2
−I 1 .

本回路においては、インジエクタ電流Iioj2
大きくすること、又はトランジスタQ11,Q12
Q13,Q14の第1のコレクタC111,C121,C131
C141の面積より第2のコレクタC112,C122
C132,C142の面積を大きくすることにより、電流
ゲインを上げることができる。
In this circuit, increasing the injector current I ioj2 or transistors Q 11 , Q 12 ,
The first collectors of Q 13 , Q 14 C 111 , C 121 , C 131 ,
From the area of C 141 , the second collector C 112 , C 122 ,
By increasing the area of C 132 and C 142 , the current gain can be increased.

第3図Aに示したI2L構成の差動増幅器の集積
回路内での平面パターン図を第3図Bに示す。第
3図Bでは、第3図Aの回路で、Iioj1=Iioj2
ioj3=Iioj4とし、NPNトランジスタQ11,Q12
Q13,Q14の各コレクタの面積を一定(すなわ
ち、m=n=1)とした場合のパターンを示す。
第3図Bで、60はN形半導体(Si等)基板、6
1はインジエクタ領域(横形PNPトランジスタの
エミツタとなるP形領域、62,62′は横形
PNPトランジスタのコレクタと逆NPN形トラン
ジスタのベースを兼ねるP形領域である。さら
に、63は逆NPNトランジスタのコレクタとな
るN形領域であり、点線で電極配線を、×印で各
領域への電極コンタクト部を示す。
FIG. 3B shows a planar pattern diagram of the differential amplifier having the I 2 L configuration shown in FIG. 3A in an integrated circuit. In FIG. 3B, in the circuit of FIG. 3A, I ioj1 = I ioj2 =
Let I ioj3 = I ioj4 , and NPN transistors Q 11 , Q 12 ,
A pattern is shown when the area of each collector of Q 13 and Q 14 is constant (that is, m=n=1).
In FIG. 3B, 60 is an N-type semiconductor (Si, etc.) substrate, 6
1 is the injector region (P-type region that becomes the emitter of the horizontal PNP transistor, 62 and 62' are the horizontal
This is a P-type region that serves as the collector of the PNP transistor and the base of the inverted NPN transistor. Furthermore, 63 is an N-type region that becomes the collector of the inverse NPN transistor, and dotted lines indicate electrode wiring, and cross marks indicate electrode contact portions to each region.

さらに、第3図A,Bにおいて、インジエクタ
電流Iioj1,Iioj2,Iioj3,Iioj4は、インジエク
タ対向長を調整することによつて任意に設定でき
る。
Furthermore, in FIGS. 3A and 3B, the injector currents I ioj1 , I ioj2 , I ioj3 , and I ioj4 can be arbitrarily set by adjusting the injector facing length.

第4図AはトランジスタQ11〜Q13のベース領
域62がインジエクタ領域61と対向する長さ
L1とトランジスタQ14の対向長L2を変えて電流を
調整する場合の平面パターンを示す図である。第
4図Aでは、L2をL1の1.5倍に選んであり、この
比に従つてインジエクタ電流Iioj1,Iioj3,Iioj4
とIioj2は流れる。
FIG. 4A shows the length of the base region 62 of the transistors Q 11 to Q 13 facing the injector region 61.
7 is a diagram showing a planar pattern in the case where the current is adjusted by changing the opposing length L 2 between L 1 and the transistor Q 14. FIG. In FIG. 4A, L 2 is chosen to be 1.5 times L 1 , and according to this ratio the injector currents I ioj1 , I ioj3 , I ioj4
and I ioj2 flows.

同様にインジエクタ電流を調整する方法とし
て、第4図Bに示すような方法も可能である。第
4図Bでは、トランジスタQ11,Q12,Q14とトラ
ンジスタQ13のベースがインジエクタと対向する
距離M1,M2を変えている。このようにすればイ
ンジエクタ電流Iioj2をIioj1,Iioj3,Iioj4より
も大きくすることができる。
Similarly, as a method of adjusting the injector current, a method as shown in FIG. 4B is also possible. In FIG. 4B, the distances M 1 and M 2 between the bases of transistors Q 11 , Q 12 , Q 14 and transistor Q 13 facing the injector are changed. In this way, the injector current Iioj2 can be made larger than Iioj1 , Iioj3 , and Iioj4 .

上記の実施例において、さらにベース接地の
PNP形トランジスタのコレクタを入力IN1,IN
2,……に接続し、ベース接地のPNP形トランジ
スタのエミツタを入力とした回路構成も可能であ
る。このようにした場合には、PNP形トランジス
タがベース接地なので、入力インピーダンスを下
げることができる利点がある。このPNP形トラン
ジスタはI2Lの横形PNPトランジスタと全く同一
に作ることができる。
In the above embodiment, the base grounding
Input the collector of PNP transistor IN1, IN
It is also possible to construct a circuit in which the emitter of a PNP type transistor with a common base is connected to 2,... and the emitter is input. In this case, since the base of the PNP transistor is grounded, there is an advantage that the input impedance can be lowered. This PNP transistor can be made identical to the I 2 L lateral PNP transistor.

〔まとめ〕〔summary〕

本発明の差動増幅器の利点を以下に述べる。 The advantages of the differential amplifier of the present invention will be described below.

本発明の差動増幅器は電流比較形の差動増幅
回路である。
The differential amplifier of the present invention is a current comparison type differential amplifier circuit.

本発明の差動増幅器は回路構成が簡単であ
る。特にI2Lだけで構成できるため、回路面積
が非常に小さくなる。
The differential amplifier of the present invention has a simple circuit configuration. In particular, since it can be constructed using only I 2 L, the circuit area becomes extremely small.

本発明の差動増幅器はI2Lに用いられる逆
NPN形トランジスタとベース接地のPNP形ト
ランジスタを用いており、通常の論理動作をす
るI2Lに直結する事ができる。
The differential amplifier of the present invention is an inverse amplifier used for I 2 L.
It uses an NPN transistor and a PNP transistor with a common base, and can be directly connected to I 2 L for normal logic operation.

本発明の差動増幅器は電流比較形の回路なの
で、フオト・セルと結合して用いる場合には、
フオト・セルを入力と直列に入れることができ
るため、従来の回路と異なり高入力インピーダ
ンスを必要としない利点がある。
Since the differential amplifier of the present invention is a current comparison type circuit, when used in combination with a photo cell,
Since a photo cell can be placed in series with the input, it has the advantage of not requiring high input impedance, unlike conventional circuits.

本発明の差動増幅器は、ほぼVccは0.7Vで動
作が可能である。
The differential amplifier of the present invention can operate with a Vcc of approximately 0.7V.

帰還量を逆NPNトランジスタのコレクタ面
積を変えることにより任意に設定できる。
The amount of feedback can be set arbitrarily by changing the collector area of the inverse NPN transistor.

本発明の差動増幅器の構成の要点を以下に述べ
る。
The main points of the configuration of the differential amplifier of the present invention will be described below.

複数の電流源を組合せて電流の和、差をとり
増幅する差動増幅回路。
A differential amplifier circuit that combines multiple current sources to calculate the sum and difference of currents and amplify them.

電流源としてカレント・ミラー回路を用いる
差動増幅回路。
A differential amplifier circuit that uses a current mirror circuit as a current source.

カレント・ミラー回路として逆NPN形トラ
ンジスタの1つのコレクタをベースに接続する
回路を用いた差動増幅回路。
A differential amplifier circuit that uses a circuit that connects the collector of one of the inverted NPN transistors to the base as a current mirror circuit.

定電流源としてI2L回路のインジエクタを用
いる差動増幅回路。
A differential amplifier circuit that uses an I 2 L circuit injector as a constant current source.

カレント・ミラー回路において、逆NPNト
ランジスタのコレクタ面積を変えて各コレクタ
間の電流吸い込み能力に差を持たせる差動増幅
回路。
In a current mirror circuit, this is a differential amplifier circuit that changes the collector area of the inverted NPN transistor to create a difference in the current sinking ability between each collector.

逆NPNトランジスタのベースのインジエク
タ対向長を変えて電流源の電流値を変える差動
増幅回路。
A differential amplifier circuit that changes the current value of the current source by changing the length of the base of the inverse NPN transistor facing the injector.

差動入力側にベース接地のPNP形トランジス
タを設け、該PNP形トランジスタのエミツタを
入力とする差動増幅回路。
A differential amplifier circuit that has a grounded base PNP transistor on the differential input side and uses the emitter of the PNP transistor as the input.

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

第1図Aは従来の差動増幅回路を示す略回路図
である。第1図Bは第1図Aの差動増幅器を集積
回路中に形成した時の平面パターン図である。第
1図Cは第1図Aの差動増幅回路の入力としてフ
オトセルの検出信号を用いるときの略回路図であ
る。第2図Aは本発明者等が最初に検討した差動
増幅器を示す略回路図である。第2図Bは第2図
Aの差動増幅回路を集積回路中に形成した時のト
ランジスタQ1の平面パターン図である。第2図
Cは第2図Aの差動増幅回路の入力としてフオト
セルの検出信号を用いる時の略回路図である。第
3図Aは、本発明の実施例を示し、I2Lで構成さ
れた差動増幅回路の略回路図である。第3図Bは
第3図Aの差動増幅回路を集積回路中に形成した
時の平面パターン図を示す。第4図A,B,は第
3図Aの差動増幅器内のインジエクタ電流Iioj2
の調整方法の例を示すための集積回路平面パター
ン図である。 Q1,Q2,Q31,Q5,Q11,Q12,Q13,Q14……
逆NPN形トランジスタ、Q3,Q4,Q6,Q21
Q22,Q23,Q24……PNP形トランジスタ、Vcc…
…電源電圧端子、IN1,IN2……入力端子、
OUT……出力端子、62,62′……逆NPNトラ
ンジスタのベース領域、63,63′……逆NPN
トランジスタのコレクタ領域。
FIG. 1A is a schematic circuit diagram showing a conventional differential amplifier circuit. FIG. 1B is a plan pattern diagram when the differential amplifier of FIG. 1A is formed in an integrated circuit. FIG. 1C is a schematic circuit diagram when a photocell detection signal is used as an input to the differential amplifier circuit of FIG. 1A. FIG. 2A is a schematic circuit diagram showing a differential amplifier first studied by the inventors. FIG. 2B is a plan pattern diagram of the transistor Q1 when the differential amplifier circuit of FIG. 2A is formed in an integrated circuit. FIG. 2C is a schematic circuit diagram when a photocell detection signal is used as an input to the differential amplifier circuit of FIG. 2A. FIG. 3A shows an embodiment of the present invention and is a schematic circuit diagram of a differential amplifier circuit composed of I 2 L. FIG. 3B shows a planar pattern diagram when the differential amplifier circuit of FIG. 3A is formed in an integrated circuit. Figures 4A and 4B show the injector current I ioj2 in the differential amplifier of Figure 3A.
FIG. 3 is a planar pattern diagram of an integrated circuit to show an example of an adjustment method. Q 1 , Q 2 , Q 31 , Q 5 , Q 11 , Q 12 , Q 13 , Q 14 ...
Inverted NPN transistor, Q 3 , Q 4 , Q 6 , Q 21 ,
Q 22 , Q 23 , Q 24 ...PNP type transistor, Vcc...
...Power supply voltage terminal, IN1, IN2...Input terminal,
OUT...Output terminal, 62, 62'...Base region of reverse NPN transistor, 63, 63'...Reverse NPN
Collector area of a transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1、第2のコレクタを有し、第1のコレク
タがベースに電気的に接続され、エミツタが電気
的に接地された第1の逆NPN形トランジスタ
と、 第1、第2のコレクタを有し、第1のコレクタ
がベースに電気的に接続され、エミツタが電気的
に接地された第2の逆NPN形トランジスタと、 第1、第2のコレクタを有し、第1のコレクタ
がベースに電気的に接続され、かつ第1のコレク
タが第2の逆NPN形トランジスタの第2のコレ
クタに電気的に接続され、エミツタが電気的に接
地された第3の逆NPN形トランジスタと、 第1、第2のコレクタを有し、第1のコレクタ
がベースに電気的に接続されるとともに、第1の
逆NPN形トランジスタの第2のコレクタに電気
的に接続され、第2のコレクタが、第2の逆
NPN形トランジスタの第2のコレクタに電気的
に接続され、かつ該第2のコレクタが前記第3の
逆NPN形トランジスタのベースと電気的に接続
され、エミツタが電気的に接地された第4の逆
NPN形トランジスタと、 第1の逆NPN形トランジスタのベース端子で
ある第1の入力端子と、 第2の逆NPN形トランジスタのベース端子で
ある第2の入力端子と、 第3の逆NPN形トランジスタの第2のコレク
タ端子である出力端子と、 第1の逆NPN形トランジスタの第1、第2の
コレクタと、第2の逆NPN形トランジスタの第
1、第2のコレクタとに電気的に接続された定電
流回路とからなり、 上記出力端子より、上記第1、第2の入力端子
の入力電流の差動出力電流を出力することを特徴
とする差動増幅回路。 2 特許請求の範囲第1項記載の差動増幅回路に
おいて、 上記定電流回路は、エミツタが電源に電気的に
接続され、ベースが電気的に接地された第1、第
2、第3、第4のPNP形トランジスタからなり、 第1のPNP形トランジスタのコレクタは第1の
逆NPN形トランジスタの第2のコレクタに電気
的に接続され、 第2のPNP形トランジスタのコレクタは第2、
第4の逆NPN形トランジスタの第2のコレクタ
に電気的に接続され、 第3のPNP形トランジスタのコレクタは第1の
逆NPN形トランジスタのベースに電気的に接続
され、 第4のPNP形トランジスタのコレクタは第2の
逆NPN形トランジスタのベースに電気的に接続
されてなることを特徴とする差動増幅回路。 3 特許請求の範囲第2項記載の差動増幅回路に
おいて、第1の逆NPN形トランジスタと第3の
PNP形トランジスタ、第2の逆NPN形トランジ
スタと第4のPNP形トランジスタ、第3の逆
NPN形トランジスタと第2のPNP形トランジス
タ、第4の逆NPN形トランジスタと第1のPNP
形トランジスタで、それぞれ第1、第2、第3、
第4の集積注入論理回路I2Lが構成されてなるこ
とを特徴とする差動増幅回路。 4 特許請求の範囲第3項記載の差動増幅回路に
おいて、第1、第4のI2Lのインジエクタ電流値
は等しいことを特徴とする差動増幅回路。 5 特許請求の範囲第4項記載の差動増幅回路に
おいて、第3のI2Lのインジエクタ電流値は、第
2のI2Lのインジエクタ電流値以上であることを
特徴とする差動増幅回路。 6 特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第
4項、又は第5項記載の差動増幅回路において、
第1、第2、第3、第4の逆NPN形トランジス
タのうちの少なくとも1個において、第1のコレ
クタ面積よりも第2のコレクタ面積が大きいこと
を特徴とする差動増幅回路。 7 特許請求の範囲第1項、第2項、又は第3項
記載の差動増幅回路において、第1、第2の入力
端子のそれぞれに、エミツタを入力端子とするベ
ース接地の第5、第6のPNP形トランジスタのコ
レクタがそれぞれ接続されてなることを特徴とす
る差動増幅回路。
[Claims] 1. A first inverted NPN transistor having a first collector and a second collector, the first collector being electrically connected to the base, and the emitter electrically grounded; , a second inverted NPN transistor having a second collector, the first collector electrically connected to the base, and the emitter electrically grounded; and first and second collectors; a third inverse transistor having a first collector electrically connected to the base, a first collector electrically connected to a second collector of the second inverse NPN transistor, and an emitter electrically grounded; an NPN transistor; and a first collector and a second collector, the first collector being electrically connected to the base and the second collector of the first inverted NPN transistor; the second collector is the second inverse
A fourth transistor is electrically connected to a second collector of the NPN transistor, the second collector is electrically connected to the base of the third inverse NPN transistor, and the emitter is electrically grounded. reverse
an NPN transistor; a first input terminal that is the base terminal of the first inverted NPN transistor; a second input terminal that is the base terminal of the second inverted NPN transistor; and a third inverted NPN transistor. electrically connected to the output terminal which is the second collector terminal of the first inverted NPN transistor, the first and second collectors of the first inverted NPN transistor, and the first and second collectors of the second inverted NPN transistor. and a constant current circuit configured to output a differential output current of the input currents of the first and second input terminals from the output terminal. 2. In the differential amplifier circuit according to claim 1, the constant current circuit has first, second, third, and third circuits, each having an emitter electrically connected to a power supply and a base electrically grounded. The collector of the first PNP transistor is electrically connected to the second collector of the first inverted NPN transistor, and the collector of the second PNP transistor is electrically connected to the second collector of the first inverted NPN transistor.
electrically connected to the second collector of the fourth inverted NPN transistor; the collector of the third PNP transistor electrically connected to the base of the first inverted NPN transistor; and the fourth PNP transistor A differential amplifier circuit characterized in that the collector of is electrically connected to the base of a second inverted NPN type transistor. 3. In the differential amplifier circuit according to claim 2, the first inverse NPN transistor and the third
PNP type transistor, second inverted NPN type transistor and fourth PNP type transistor, third inverted
NPN transistor and second PNP transistor, fourth inverted NPN transistor and first PNP
type transistor, first, second, third, and
A differential amplifier circuit comprising a fourth integrated injection logic circuit I 2 L. 4. The differential amplifier circuit according to claim 3, wherein the injector current values of the first and fourth I 2 L are equal. 5. The differential amplifier circuit according to claim 4, wherein the injector current value of the third I 2 L is greater than or equal to the injector current value of the second I 2 L. . 6. In the differential amplifier circuit according to claim 1, 2, 3, 4, or 5,
A differential amplifier circuit characterized in that in at least one of the first, second, third, and fourth inverted NPN transistors, the second collector area is larger than the first collector area. 7. In the differential amplifier circuit according to claim 1, 2, or 3, the first and second input terminals each have a grounded fifth and a grounded base emitter, respectively. A differential amplifier circuit characterized in that the collectors of six PNP transistors are connected to each other.
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