JPS62159905A - 半導体差動増幅器 - Google Patents

半導体差動増幅器

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JPS62159905A
JPS62159905A JP61002579A JP257986A JPS62159905A JP S62159905 A JPS62159905 A JP S62159905A JP 61002579 A JP61002579 A JP 61002579A JP 257986 A JP257986 A JP 257986A JP S62159905 A JPS62159905 A JP S62159905A
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JP
Japan
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differential amplifier
mos transistors
gate
input
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Shuji Murakami
修二 村上
Katsuki Ichinose
一瀬 勝樹
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45112Indexing scheme relating to differential amplifiers the biasing of the differential amplifier being controlled from the input or the output signal

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  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Logic Circuits (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体差動増幅器に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来の半導体差動増幅器を示す図である。図に
おいて、Ql、Q2は゛ゲート幅とゲート長がそれぞれ
等しい負荷用PチャネルMOSトランジスタ、Q3.Q
4はゲート幅とゲート長がそれぞれ等しい駆動用Nチャ
ネルMOSトランジスタ、D、Dは入力端子対である。
また、NはトランジスタQ1と03のドレインの接続ノ
ード、π゛■はトランジスタQ2とQ4のドレインの接
続ノード、即ち本差動増幅器の出力端子、Q5はパワー
カット用NチャネルMOSトランジスタ、SRはパワー
カット用内部信号、Vccは電源電位、GNDは接地電
位である。
次に動作について説明する。
いま、パワーカット用内部信号SEが“Hルベルでトラ
ンジスタQ5が導通状態となり、差動増幅器が活性化さ
れているとする。
このような状態において、トランジスタQ1はゲートと
ドレインが共通であるため、入力端子りの電位の変化に
対して、YノードNの電位の変化は比較的小さい。ノー
ドN゛はトランジスタQ2Qゲート入力ともなっている
ので、゛入力端子りと丁の電位が等しいならば出力π下
はノードNと同電位となる。この時、入力端子り、 D
の電位及びトランジスタQ1ないしQ4のサイズを、ト
ランジスタQ2と04が5極管領域で平衡状態になる様
設定してお(。この状態において入力端子りと■との間
にわずかな電位差が生じたとすると、トランジスタQ2
とQ4の平衡状態がくずれ、このため出力「下の電位は
大きく変化する。
またパワーカット用内部信号SEがL”レベルとなり、
トランジスタQ5がオフすると、トランジスタQ1から
Q3へ、又トランジスタQ2からQ4への貫通電流が無
くなり、バリーカットとなる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の半導体差動増幅器は、入力端子対り、 Dの電位
差をNチャネルMOSトランジスタのみで受けているた
め、第2図のノードN又は出力RDの電位をVcc側へ
引き上げる能力が小さく、従って端子りと下のごく微小
な電位差に対しては、あまり感度が上がらないという問
題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、負荷用トランジスタと駆動用トランジスタ
のドレインの接続ノード(ノードN又は出力RD)の電
位をVcc側に引き上げる能力を増加させることによっ
て、高感度の半導体差動増幅器を得ることを目的とする
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る半導体差動増幅器は、そのソースが電源
電圧に、ドレインが第1導電型の負荷用トランジスタと
第2導電型の駆動用トランジスタのドレインの接続ノー
ドに、ゲートがそれぞれ一対の入力端子に接続された2
個の第1導電型のMOSトランジスタを設けたものであ
る。
〔作用〕
この発明においては、新たに挿入された第1導電型のM
OSトランジスタが、ゲート入力となっている入力端子
対の一方が比較的低電位になると、より導通状態となり
、ドレインの電位を上昇させ、それによって゛出力側の
第1.第2の導電型のトランジスタ対のアンバランスが
増大し、出力電位の変動がより大きくなる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図は本発明の一実施例による半導体差動増幅器の回路図
であり、第2図と同一符号は同一部分を示す。図におい
て、Q6.Q7はゲート幅とゲート長がそれぞれ等しい
PチャネルMO3トランジスタであり、トランジスタQ
6は端子が電源電圧vcC及びノードNに接続されニゲ
ートは一方の入力端子りに接続されている。またトラン
ジスタQ7は端子が電源電圧V’cc及び出力端子■下
に接続され、ゲートは他方の入力端子方に接続されてい
る。
次に動作について説明する。
新たに接続した2つのPチャネルMO3トランジスタQ
6及びQ7は左右対称に設けられているので、入力端子
りと石が同電位の時にノードNと出力π1が同電位であ
ることは従来と同様である。
今、入力端子りと石との間にわずかな電位差が生じたと
する。トランジスタQ6は端子りの電位が下降すれば寄
りオンし、上昇すればよりオフする。よって、ノードN
1即ちトランジスタQ2のゲートの電位に対して変動を
増大させる効果を持つ。また端子−D−1即ちトランジ
スタQ7のゲート電位の変化の向きも、トランジスタQ
2のゲート電位の変動の向きと同じなので、出力π下の
電位の変動は、トランジスタQ6.Q7のいずれによっ
ても増大することになる。
第3図は従来技術及び本実施例による半導体差動増幅器
の入出力伝達特性を示す図である。図中、破線が従来、
実線が本実施例の特性である。図において、VD、VU
及びvTr5はそれぞれり、 D及びπ下の電位を示す
。但し、トランジスタのゲート長り及びゲート幅Wは、
トランジスタQl。
Q2が共にL= 2.04m、 W= 25.0 、l
jm、  l−ランジスタQ3.Q4が共にL= 1.
5.crm、 W= 6.0pm、トランジスタQ6.
Q7が共にL=2.0pm、W=20.0/1mとして
いる。例えばVD=3.3vのとき、7丁が3.8vか
ら3.7vに変動すると、出力電位VRD の変動量は
従来は0.35vであるのに対し、本実施例では0.6
vとなり、増幅率が約70%向上していることがわかる
ところで従来、差動増幅器の感度を高める方法の1つと
して差動増幅器を2段構成にすることがあった。第4図
にその構成を示す。SAIないしSA3は、第1〜第3
の差動増幅部を表している。
図において、Dinl 、 Dinlは第1の差動増幅
部SAIの入力端子対、同様にDin2.Dπ7及びD
in3.百1n3−はそれぞれ第2.第3の差動増幅部
SA2.SA3の入力端子対、又Dout 1 、 D
out2.及びDout 3はそれぞれ各差動増幅部S
Al、SA2及びSA3の出力端子である。SAは第1
〜第3の差動増幅部SAIないしSA3から構成される
差動増幅器である。
差動増幅器SAの入力端子り及び■はそれぞれDinj
 、 Din9−及びDxn了、 Din2と接続され
、Dout l及びDout 2はそれぞれDin3及
び「■に接続されている。そして、Dout 3が差動
増幅3SAの出力■となっている。
この差動増幅器においては、まず1段目の差動増幅部S
AI及びSA2で互いに逆向きに増幅してDout 1
とDout 2の電位差を入力端子りとrの電位差より
拡大しておき、次に2段目の差動増幅部SA3で更に増
幅するのである。
しかるにこの従来の方法では、SAI、SA2゜SA3
といった基本的単位となる差動増幅器を3段使用してい
るため面積が大きくなる。これに対し、本実施例では、
基本単位の差動増幅器にPチャネルMOSトランジスタ
を2個加えるだけなので、面積の増加を最小限に押さえ
ながら増幅率を向上させることができるのである。
ここで、MOSトランジスタのゲート幅Wとゲート長し
の比W/Lコンダクタンス要因Aとおくと、本実施例に
おいて、トランジスタQ6.Q7のコンダクタンスA6
.A7が、トランジスタQ1、Q2のコンダクタンス要
因Al、A2より大きい場合、トランジスタQ4とQ7
.及びトランジスタQ3とQ6からなるCMOSインバ
ータ特性が支配的となる。このため、入力電位と差動増
幅器の特性に整合が取れた場合の増幅率は大きいが、整
合を取るための入力電位の許容範囲は狭くなり、入力電
位の相対差でのみ動作すべき差動としての機能が弱くな
る。従って、コンダクタンスA6.A7がAI、A2よ
り小さい方が望ましい。
なお、上記実施例では、駆動用にNチャネル。
負荷用にPチャネルMOSトランジスタを使用したが、
本発明は、駆動用にPチャネル、負荷用にNチャネルM
OSトランジスタを使用する場合にも全く同様に適用で
きる。
また、上記実施例では、トランジスタQ1とQ2、Q3
とQ4及びQ6とQ7のコンダクタンス要因Aを、それ
ぞれ同じとしたが、トランジスタQ1とQ3とQ6のコ
ンダクタンス要因Aの比が、トランジスタQ2とQ4と
Q7のコンダクタンス要因Aの比と同じであれば、換言
すればA1/A2 =A3/A4 =A6/A7であれ
ば直流での差動増幅特性に支障は無い。
゛さらに、上記実施例では、パワーカット用MOSトラ
ンジスタをNチャネルとし、GND側に挿入するように
したが、差動−幅器内のPチャネルMOSトランジスタ
からNチャネルMOSトランジスタへの貫通電流を遮断
するものであればどの様なものでもよい。
(発明の効果〕 以上のように、この発明に係る半導体差動増幅器によれ
ば、入力端子対からの入力をNチャネル。
Pチャネルの両方のMOSトランジスタで受ける様にし
たので、入力端子間の極微小な電位差をも感知でき、高
感度とすることがtきる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体差動増幅器の
回路図、第2図は従来の半導体差動増幅器の回路図、第
3図は従来及び本発明の一実施例による半導体差動増幅
器の入出力伝達特性を禾す図、第4図は第2図に示す従
来の差動増幅器を用いて増幅率を向上させる一方法を示
す図である。 Ql、Q2.Q6.Q7・・・PチャネルMOSトラン
ジスタ、03〜Q5・・・NチャネルMOSトランジス
タ、D、D・・・入力端子対、π下・・・出力端子、S
E・・・パワーカット用内部信号、Vcc・・・電源電
位、GND・・・接地電位。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1、第2の入力端子と出力端子とを備え、前記
    第1、第2の入力端子間の電位差を増幅して前記出力端
    子に出力する半導体差動増幅器において、 第1導電型の第1及び第2のMOSトランジスタと、第
    2導電型の第3ないし第6のMOSトランジスタとを備
    え、 前記第1及び第5のMOSトランジスタのゲートに前記
    第1の入力端子が接続され、 前記第2及び第6のMOSトランジスタのゲートに前記
    第2の入力端子が接続され、 前記第1、第3及び第5のMOSトランジスタのドレイ
    ンと前記第3及び第4のMOSトランジスタのゲートが
    共通接続され、 前記第2、第4及び第6のMOSトランジスタのドレイ
    ンが出力端子に接続され、 前記第1及び第2のMOSトランジスタのソースが第1
    の定電圧供給源に接続され、 前記第3ないし第6のMOSトランジスタのソースが第
    2の定電圧供給源に接続されていることを特徴とする半
    導体差動増幅器。
  2. (2)前記第1及び第2の定電圧供給源のいずれか一方
    又は両方が、スイッチング回路によって前記第1ないし
    第6のMOSトランジスタへの電圧供給を制御されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体差動
    増幅器。
  3. (3)前記第1ないし第6のMOSトランジスタのゲー
    ト幅Wとゲート長Lの比W/Lをコンダクタンス要因A
    としたとき、 前記第1と第2のMOSトランジスタのコンダクタンス
    要因の比A_1/A_2と、前記第3と第4のMOSト
    ランジスタのコンダクタンス要因の比A_3/A_4と
    、前記第5と第6のMOSトランジスタのコンダクタン
    ス要因の比A_5/A_6がそれぞれ等しいことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半導体差
    動増幅器。
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DE19873700296 DE3700296A1 (de) 1986-01-08 1987-01-07 Halbleiter-differenzverstaerker
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