KR100275545B1 - Bias circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적회로의 바이어스 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a bias circuit of an integrated circuit.
종래의 바이어스 회로는 한 개의 앰프와 두 개의 저항을 사용함으로써, 공통 바이어스 전압을 조절하는데 복잡한 문제가 있었다.The conventional bias circuit has a complicated problem of adjusting the common bias voltage by using one amplifier and two resistors.
도 1은 종래의 제 1 차동 회로용 바이어스 회로 구조도로서, 두 전류원 I1,2I1및 트랜지스터 M11,M16, 및 M13과 M15가 각각 서로 매칭되어 있고, 바이어스 전압 VB1은 차동회로의 두 입력인 Vip1, Vin1의 공통 바이어스 전압과 동일하게 되어 있는 등 양쪽 회로의 조건이 똑같으므로 트랜지스터 M15와 M13, M14의 게이트를 서로 연결하면 앰프 출력의 공통 전압은 트랜지스터 M15의 드레인 전압 V11과 같아진다.1 is a schematic diagram of a conventional bias circuit for a first differential circuit, in which two current sources I 1, 2I 1, and transistors M 11, M 16 , and M 13 and M 15 are matched with each other, and a bias voltage V B1 is a differential circuit. The conditions of both circuits are the same, such as the common bias voltage of the two inputs, V ip1 and V in1 , so if the gates of transistors M 15 , M 13 , and M 14 are connected to each other, the common voltage at the amplifier output is transistor M 15. Is equal to the drain voltage of V 11 .
그런데 상기 V11의 크기는 보통 1.2V 정도로서 MOS 소자의 문턱 전압보다 약간 높은 상태에서 정해지므로 그 이상이나 이하의 전압으로 맞추기가 곤란해진다.However, since the size of V 11 is usually about 1.2V and is determined in a state slightly higher than the threshold voltage of the MOS device, it is difficult to adjust the voltage to more or less than that.
따라서 상기와 같은 경우에는 다음 도 2와 같은 앰프를 추가한 다소 복잡한 회로를 사용하게 된다.Therefore, in the above case, a rather complicated circuit including an amplifier as shown in FIG. 2 is used.
도 2는 종래의 제 2 차동 회로용 바이어스 회로 구조도로서, 공통 전압을 조절하는 회로는 한 개의 앰프 A1과 두 개가 저항 R21, R22를 사용하는데 두 개의 저항이 각 출력에 연결되어 있으므로 그 중앙점은 출력의 공통 전압과 같다.FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional bias circuit for a second differential circuit. A circuit for adjusting a common voltage includes one amplifier A1 and two resistors R 21 and R 22, and two resistors are connected to each output. The dot is equal to the common voltage of the output.
이 전압이 앰프의 +단자에 연결되어 있어 부하의 영향이 없으므로 그 중앙점은 출력의 공통 전압과 같다.Since this voltage is connected to the + terminal of the amplifier and there is no load effect, its center point is equal to the output common voltage.
상기 전압이 앰프의 +단자에 입력되고 - 입력은 원하는 바이어스 전압을 나타내는 전압 VB2에 연결되며, 그 출력은 트랜지스터 M23, M24의 게이트에 연결되어 있다.The voltage is input to the + terminal of the amplifier and the-input is connected to the voltage V B2 representing the desired bias voltage, and its output is connected to the gates of the transistors M 23 , M 24 .
상기 구조는 부 궤환이 걸려 있으므로 출력 전압이 상기 전압 VB2보다 높으면 앰프의 출력도 높아져 트랜지스터 M23, M24의 전류를 증가시켜 출력 전압을 끌어 내림으로서 출력 전압을 전압 VB2전압으로 안정화시킨다.Since the structure has a negative feedback, when the output voltage is higher than the voltage V B2 , the output of the amplifier is also increased to increase the current of the transistors M 23 and M 24 , thereby lowering the output voltage, thereby stabilizing the output voltage to the voltage V B2 .
그러나 이 회로는 앰프의 추가로 인한 전력의 손실과 면적이 커지는 단점들을 갖는다.However, this circuit has the disadvantage of increasing power loss and area due to the addition of an amplifier.
상기 단점들을 개선하기 위해 본 발명은, 한 개의 앰프와 두개의 저항을 사용하는 기존의 다소 복잡한 구성을 하고 있는 차동 회로의 공통 전압을 간단하게 조절할 수 있는 회로를 구성하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above disadvantages, an object of the present invention is to construct a circuit that can easily adjust the common voltage of a differential circuit having a conventionally complicated configuration using one amplifier and two resistors.
도 1은 종래의 제 1 차동 회로용 바이어스 회로 구조도,1 is a structure diagram of a conventional bias circuit for a first differential circuit;
도 2는 종래의 제 2 차동 회로용 바이어스 회로 구조도,2 is a structure diagram of a conventional bias circuit for a second differential circuit;
도 3은 본 발명이 적용되는 차동 회로용 바이어스 회로의 제 1 실시 예시도,3 is a diagram illustrating a first embodiment of a bias circuit for a differential circuit to which the present invention is applied;
도 4는 본 발명에 따른 차동 회로용 바이어스 회로의 제 2 실시 예시도,4 is a diagram illustrating a second embodiment of a bias circuit for a differential circuit according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 차동 회로용 바이어스 회로설명을 위한 트랜지스터의 특성 및 부하 곡선 특성도.Figure 5 is a characteristic and load curve characteristics of the transistor for explaining the bias circuit for the differential circuit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
I1,2I1,2I1,I2: 전류원 VB1,VB2,VB3,VB4: 바이어스전압I 1, 2I 1, 2I 1 , I 2 : Current source V B1, V B2, V B3 , V B4 : Bias voltage
Vip1,Vip2,Vip3,Vb4,Vin1,Vin2,Vin3,Vin4: 차동회로의 입력전압V ip1 , V ip2 , V ip3 , V b4 , V in1, V in2 , V in3 , V in4 : Input voltage of differential circuit
Von1,Von2,Von3,Von4,Vop1,Vop2,Vop3,Vop4: 차동회로의 출력전압 On1 V, V on2, V on3, on4 V, V op1, op2 V, V op3, op4 V: output voltage of the differential circuit
M11,M12,M13,M14,M15,M16,M21,M22,M23,M24,M31,M32,M33,M34,M41,M42,M43,M44,M45,M46: 트랜지스터M 11 , M 12 , M 13 , M 14 , M 15 , M 16, M 21 , M 22 , M 23 , M 24 , M 31 , M 32 , M 33 , M 34 , M 41 , M 42 , M 43 , M 44 , M 45 , M 46 : Transistor
R21,R22,R31,R41: 저항R 21 , R 22 , R 31 , R 41 : resistance
V11,V21,V22,V31,V32,V41,V42,Vg1,Vg2,Vg3: 노드 전압V 11 , V 21 , V 22 , V 31 , V 32 , V 41 , V 42 , V g1 , V g2 , V g3 : Node voltage
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전류원으로부터 바이어스 전류를 공급받아 입력 차동앰프를 구성하는 트랜지스터(M31, M32) 및 그 트랜지스터(M31, M32)에 능동 저항으로 동작하여 이득을 높이는 트랜지스터(M33, M34)하는 차동회로에 대하여, 상기 차동회로에 매칭되는 전류원In order to achieve the above object, the present invention is to increase the gain by operating the transistor (M 31 , M 32 ) and the transistor (M 31 , M 32 ) constituting the input differential amplifier by receiving a bias current from the current source to increase the gain. For a differential circuit for transistors M 33 and M 34 , a current source matched to the differential circuit
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명이 적용되는 차동 회로용 바이어스 회로의 제 1 실시 예시도로서, 두 전류원(I1, 2I1)과 각각 매칭된 트랜지스터 M31, M36, M33, M35와 차동입력 Vin3, Vip3의 공통 전압으로 되어 있는 VB3와, 출력의 공통 전압이 트랜지스터 M35의 드레인 전압 V31과 같아지도록 상기 트랜지스터 M35와 M33, M34가 서로 연결되도록 이루어져 있는 상기 도 1의 회로의 게이트 M16과 M15사이에 저항 R31을 추가함으로써 출력 공통 전압을 평상의 게이트 전압인 약 1.2V 보다 낮출 수 있다.3 is a diagram illustrating a first embodiment of a bias circuit for a differential circuit to which the present invention is applied, in which transistors M 31 , M 36 , M 33 , and M 35 matched with two current sources I 1 and 2I 1 , respectively, and a differential input V; in3, the above which consists to the common voltage of the V B3 that is a common voltage V ip3, the output transistor equal to the M 35 drain voltage V 31 in such that the transistor M 35 and M 33, M 34 are connected to each other 1 By adding a resistor R 31 between the gates M 16 and M 15 of the circuit, the output common voltage can be lowered below the normal gate voltage of about 1.2V.
상기 원리를 설명하면, M35의 게이트와 드레인 사이에는 저항이 삽입되어 있는데 이로 인해 드레인 전압이 게이트 전압보다 l1* R31만큼 낮은 상태에 머문다.In the above principle, a resistor is inserted between the gate and the drain of M 35 , which causes the drain voltage to stay as low as l 1 * R 31 below the gate voltage.
이를 상기 도 1과 비교해서 도 5를 이용하여 설명하면 다음과 같다.This will be described with reference to FIG. 5 in comparison with FIG. 1 as follows.
도 5는 본 발명에 따른 차동 회로용 바이어스 회로설명을 위한 트랜지스터의 특성 및 부하 곡선 특성도로서, 트래지스터의 특성 곡선과 부하에 따른 동작 상태를 간단히 나타낸 것이다.5 is a characteristic and load curve characteristic diagram of a transistor for explaining a bias circuit for a differential circuit according to the present invention, and simply shows an operating state according to a characteristic curve and a load of a transistor.
상기 도 1의 회로가 B점에서 동작점이 맞추어져 있다고 하면, 즉 l1의 전류가 흐를 때, 게이트 전압은 Vg2이고, 드레인 전압은 Vds2라 하자.Suppose that the operating point of the circuit of FIG. 1 is aligned at point B, that is, when a current of l 1 flows, the gate voltage is V g2 and the drain voltage is V ds2 .
이때 상기 도 3과 같이 드레인과 게이트 사이에 저항을 삽입하면 흐르는 전류의 크기는 그대로 이나 드레인 전압이 감소하므로서, 감소한 상태에서 동일한 전류를 유지하기 위해 게이트 전압이 높아지는 A점에서 평형을 이룬다.In this case, as shown in FIG. 3, when the resistor is inserted between the drain and the gate, the current flows as it is, but the drain voltage decreases, so that the gate voltage increases to maintain the same current in the reduced state.
그러므로 상기 도 3의 드레인 전압은 게이트 보다 낮은 Vds1으로 결정된다.Therefore, the drain voltage of FIG. 3 is determined as V ds1 lower than the gate.
상기 전압의 크기는 전류원의 크기와 저항의 크기로서 간단히 결정할 수 있다.The magnitude of the voltage can simply be determined as the magnitude of the current source and the magnitude of the resistance.
출력의 공통전압 Vodc를 식으로 표시하면 아래 식 (1)과 같다.When the common voltage V odc of the output is expressed by the equation, it is expressed by the following equation (1)
그러나 상기 구조는 식 (1)에서 보듯이 한가지 단점을 갖는데 그것은 드레인 전압이 게이트 전압 보다 낮아지는 조건에서만 동작이 가능하다는 것이다.However, the structure has one drawback as shown in Equation (1), which is that it can only operate under the condition that the drain voltage is lower than the gate voltage.
상기 단점을 해결하는 방법으로 도 4를 통해 설명하면, 저항이 게이트와 드레인간에 연결되어 있되 드레인 쪽에 전류를 공급하는 형태이며, 게이트와 접지(Gnd) 사이에 또 하나의 전류원을 연결하여 드레인과 게이트 사이에 전압 차이를 주게 된다.Referring to FIG. 4 as a method for solving the above disadvantages, the resistor is connected between the gate and the drain, but supplies a current to the drain side, and connects another drain source between the gate and the ground (Gnd). There is a voltage difference between the gates.
저항이 0일 경우 상기 도 5의 B점에서 평형을 이루고 있다 한다면 저항과 전류원에 의해 드레인 전압이 게이트 전압 보다 높아지게 되며, 드레인에는 변함없이 I1의 전류가 흐르게 되므로 C점에서 평형을 이루게 된다.If the resistance is 0, if the balance is achieved at the point B of FIG. 5, the drain voltage is higher than the gate voltage by the resistor and the current source, and since the current of I 1 flows in the drain invariably, it is balanced at the C point.
도 4는 본 발명에 따른 차동 회로용 바이어스 회로의 제 2 실시 예시도로서, 트랜지스터 M46은 M41과 매칭되어 있고, M45는 M43과 매칭되어 있으며, 각 게이트는 동일 전압으로 해주므로 드레인 전압은 게이트 전압보다 높은 상태에 머물게 된다.4 is a diagram illustrating a second embodiment of a bias circuit for a differential circuit according to the present invention, in which transistors M 46 are matched with M 41 , M 45 is matched with M 43, and the gates are the same voltage. The voltage stays above the gate voltage.
이때 출력의 공통 전압 Vodc는 다음 식 (2)와 같이 표시된다.At this time, the common voltage V odc of the output is expressed as in the following equation (2).
따라서 전류원과 저항 크기를 적당히 선택하여 원하는 출력 공통 전압을 정할 수 있다.Therefore, the appropriate output common voltage can be determined by appropriately selecting the current source and the resistor size.
상술한 바와 같이 본 발명은 복잡한 궤환 회로를 사용하지 않고도 간단히 저항과 트랜지스터의 매칭 특성을 이용하여, 차동 회로의 출력 바이어스 전압을 정할 수 있으며, 궤환 회로를 사용하지 않기 때문에 회로 크기를 최소화할 수 있고, 회로의 안정도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can determine the output bias voltage of the differential circuit by simply using the matching characteristics of the resistor and the transistor without using a complicated feedback circuit, and can minimize the circuit size because the feedback circuit is not used. This has the effect of increasing the stability of the circuit.
Claims (2)
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Family Applications (1)
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KR1019970050032A KR100275545B1 (en) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Bias circuit |
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1997
- 1997-09-30 KR KR1019970050032A patent/KR100275545B1/en not_active IP Right Cessation
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