KR20000001336A - Operation amplifier of fully differential structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An operation amplifier of a fully differential structure is described, which can widely be applied. CONSTITUTION: The operation amplifier of a fully differential structure comprises a common-mode range expander including a couple of a P-type and an N-type transistors inputting an input signal to a gate; a current compensator, which is coupled to the common-mode range extender, responding to an input of a control voltage to additionally supply current thereto; a loader, which is made between a first power and an output node, responding to an output of the N-type transistor couple of the extender and an input of a second control voltage to supply a load to the output node; and a current mirror, which is made between the output node and a second power, responding to an output of the extender to increase gain. Thereby, a common-mode range of an input terminal is wide and a noise rejection function is good, enhancing application to an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, and a switched capacitor filter (SCF) requiring a wide dynamic range.

Description

완전차동구조의 연산증폭기Operational Amplifier of Fully Differential Structure

본 발명은 로직(logic)회로 등에 사용되는 증폭기(Amplifier)에 관한 것으로, 특히 완전차동(fully differencial) 구조로 이루어지는 연산증폭기(OP-Amp)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to amplifiers used in logic circuits and the like, and more particularly to operational amplifiers (OP-Amps) having a fully differencial structure.

잘 알려져 있는 바와 같이, 오피앰프라 불리는 연산증폭기는 아날로그-디지털변환기(ADC: Analog Digital Converter), 디지털-아날로그변환기(DAC: Digital Analog Converter), 스위치드 캐패시터필터(Switched Capacitor Filter), 연속시간필터(Continuous Time Filter) 등에 사용되는 기본 구성요소로서, 그 응용분야가 광범위하다. 이러한 연산증폭기는 기본적으로 이득-대역(gain-bandwidth)폭이 크고 디지털블럭(digital block)과의 온-칩(on-chip)화를 위해서는 노이즈(noise)제거특성 및 넓은 다이나믹레인지(dyamic range)가 필요하다.As is well known, op amps called op amps have an analog-to-digital converter (ADC), a digital-to-analog converter (DAC), a switched capacitor filter, and a continuous time filter. It is a basic component used for Continuous Time Filter, etc., and its application field is wide. These op amps have a large gain-bandwidth and have noise rejection and a wide dynamic range for on-chip conversion with digital blocks. Is needed.

이와 관련하여 종래에 일반적인 완전차동구조의 연산증폭기가 도1에 개시되어 있다. 도1의 구성은 제1 및 제2입력신호(VINP, VINN)를 입력하는 입력트랜지스터(N1, N2)와, 제1 내지 제4바이어스전압(VBIAS1, VBIAS2, VBIAS3, VBIAS4)을 입력에 응답하여 스위칭동작하는 회로들로 이루어져 있다. 도1의 회로는 전원전압(Vcc)과 접지전압(GND)사이에 트랜지스터들이 서로 같은 바이어스전압들을 공통으로 제어입력하는 대칭적 구조의 트랜지스터쌍들이 직렬로 연결되어 있다.In this regard, an operational amplifier of a conventional fully differential structure is disclosed in FIG. The configuration of FIG. 1 includes input transistors N1 and N2 for inputting first and second input signals VINP and VINN, and first to fourth bias voltages VBIAS1, VBIAS2, VBIAS3, and VBIAS4 in response to an input. It consists of switching circuits. In the circuit of FIG. 1, transistor pairs having a symmetrical structure in which the transistors commonly control input the same bias voltages are connected in series between the power supply voltage Vcc and the ground voltage GND.

그러나 도1의 연산증폭기는 크게 엔형(N-type) 또는 피형(P-type) 차동쌍으로 구성되어 있기 때문에 전원(Vcc)이 낮아지면 입력트랜지스터(N1, N2)의 문턱전압(threshold voltage) 및 포화영역(saturation region)에서 동작하기 위한 최소전압이 차지하는 비중이 크므로, 입력 공통모드영역(common-mode range)이 제약을 받는 문제점이 발생하였다. 또한 회로특성의 파라미터(parameter)인 PSRR(Power Supply Rejection Ratio) 및 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)이 그다지 크지 않아 다이나믹영역(dynamic range)이 적은 단점도 있었다.However, since the operational amplifier of FIG. 1 is largely composed of an N-type or P-type differential pair, when the power supply Vcc decreases, the threshold voltages of the input transistors N1 and N2 and Since the minimum voltage occupies a large portion of the saturation region, the input common-mode range is limited. In addition, PSRR (Power Supply Rejection Ratio) and CMRR (Common Mode Rejection Ratio), which are parameters of the circuit characteristics, are not so large, which has a disadvantage in that the dynamic range is small.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 입력단이 넓은 공통모드영역을 가지는 완전차동구조의 연산증폭기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an operational amplifier of a fully differential structure in which the input stage has a wide common mode region.

또한 본 발명의 다른 목적은 입력단의 공통모드영역이 넓고 노이즈 제거성능이 우수한 완전차동구조의 연산증폭기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an operational amplifier of a fully differential structure having a wide common mode region of the input stage and excellent noise removal performance.

또한 본 발명의 또다른 목적은 넓은 다이나믹영역을 요하는 회로에 적용성이 우수한 완전차동구조의 연산증폭기를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an operational amplifier of a fully differential structure having excellent applicability to a circuit requiring a wide dynamic range.

도1는 종래기술에 의한 완전차동구조의 연산증폭기 회로도,1 is an operational amplifier circuit diagram of a fully differential structure according to the prior art;

도2는 본 발명에 의한 완전차동구조의 연산증폭기 회로도.2 is an operational amplifier circuit diagram of a fully differential structure according to the present invention;

*도면의 주요부호에 대한 설명* Explanation of the main symbols in the drawings

10 : 공통모드영역 확장부10: common mode area extension part

20 : 전류보상부20: current compensator

30, 40 : 부하부30, 40: load part

50A, 50B : 전류미러50A, 50B: Current Mirror

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 완전차동구조의 연산증폭기는, 입력신호를 게이트 입력하는 피형 및 엔형 트랜지스터쌍을 포함하여 구성되는 공통모드영역 확장부과, 상기 공통모드영역 확장부에 연결되고 제어전압의 입력에 응답하여 상기 공통모드영역 확장부에 전류를 추가적으로 공급하는 전류보상부과, 제1전원과 출력노드 사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장부의 엔형 트랜지스터쌍의 출력과 제2제어전압의 입력에 응답하여 출력노드에 부하를 공급하는 부하부과, 상기 출력노드와 제2전원 사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장부의 출력에 응답하여 상기 동작하여 이득을 증가시키는 전류미러부을 구비함을 특징으로 한다.The operational amplifier of the fully-differential structure according to the present invention for achieving the above object is connected to and controlled by a common mode region expansion unit configured to include an input and an N-type transistor pair for gate input of an input signal, and the common mode region expansion unit. A current compensator for additionally supplying current to the common mode region extension part in response to the input of a voltage, and an output of the N-type transistor pair and a second control voltage input formed between the first power supply and the output node; And a load unit configured to supply a load to an output node in response to the load, and a current mirror unit formed between the output node and the second power supply and operating in response to the output of the common mode region expansion unit to increase the gain. .

상기 공통모드영역 확장부은, 제1전원에 채널의 일단이 연결되고 제1바이어스전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀업트랜지스터와, 상기 풀업트랜지스터에 채널의 일단이 각각 연결되고 제1 및 제2입력신호를 대응적으로 게이트입력하는 피형트랜지스터쌍과, 상기 제1 및 제2입력신호를 대응적으로 게이트입력하는 엔형트랜지스터쌍과, 상기 엔형트랜지스터쌍과 제2전원 사이에 채널이 형성되고 제2바이어스전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀다운트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 상기 풀업트랜지스터는 피모스트랜지스터로 구성됨을 특징으로 한다. 상기 풀다운트랜지스터는 엔모스트랜지스터로 구성됨을 특징으로 한다.The common mode region expansion unit may include a pull-up transistor having one end connected to a first power supply and switching in response to an input of a first bias voltage, and one end connected to the pull-up transistor connected to one end of the channel, respectively. A channel is formed between a pair of a pair of transistors correspondingly inputting a signal, an n-type transistor pair correspondingly inputting the first and second input signals, a channel between the n-type transistor pair and the second power supply, and a second bias. And a pull-down transistor for switching in response to the input of the voltage. The pull-up transistor is characterized in that consisting of the morph transistor. The pull-down transistor is characterized in that the configuration of the en-mo transistor.

상기 전류보상부은, 제1전원과 상기 공통모드영역 확장부의 풀업트랜지스터 사이에 채널이 연결된 제1피모스트랜지스터와, 제1전원에 연결된 소오스와 게이트 및 상기 제1피모스트랜지스터의 게이트에 공통접속되는 드레인으로 구성되는 제2피모스트랜지스터와, 상기 제2피모스트랜지스터의 드레인과 상기 공통모드영역 확장부의 풀다운트랜지스터 사이에 채널이 형성되고 제2바이어스전압을 게이트입력하는 제1엔모스트랜지스터와, 제1바이어스전압을 게이트입력하고 상기 공통모드영역 확장부의 풀업트랜지스터에 소오스가 연결된 제3피모스트랜지스터와, 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인과 제2전원 사이에 채널이 연결되고 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인에 게이트접속된 제2엔모스트랜지스터와, 상기 제1엔모스트랜지스터와 제2전원 사이에 채널이 연결되고 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인에 게이트접속된 제3엔모스트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The current compensator may be connected to a first PMOS transistor having a channel connected between a first power supply and a pull-up transistor of the common mode region expansion unit, a source and a gate connected to the first power source, and a gate of the first PMOS transistor. A first NMOS transistor, the channel being formed between the second PMOS transistor comprising a drain, the drain of the second PMOS transistor, and the pull-down transistor of the common mode region extension, and gate-input a second bias voltage; A third PMOS transistor having a gate input of one bias voltage and a source connected to a pull-up transistor of the common mode region extension unit, a channel connected between a drain of the third PMOS transistor and a second power supply, and the third PMOS transistor A second NMOS transistor, the first NMOS transistor and a second power source A channel is connected to the third NMOS transistor, and the gate is connected to the drain of the third PMOS transistor.

상기 부하부은, 제1전원에 각 소오스가 병렬접속되고 상기 제1바이어스전압을 공통으로 게이트입력하며 드레인이 대응적으로 상기 공통모드영역 확장부의 엔모스트랜지스터쌍의 채널에 대응적으로 연결된 피모스트랜지스터쌍으로 구성된 제1부하부과, 상기 제1부하부과 제1 및 제2출력노드 사이에 대응적으로 채널이 형성되고 제3바이어스전압에 공통 게이트접속되는 피모스트랜지스터쌍으로 구성된 제2부하부을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The load unit includes a PMOS transistor in which each source is connected in parallel to a first power supply, the gate inputs to the first bias voltage in common, and a drain thereof is correspondingly connected to a channel of an enmos transistor pair of the common mode region extension unit. And a second load part including a first load part configured as a pair, and a pair of morph transistors having a channel correspondingly formed between the first load part and the first and second output nodes and commonly gate-connected to a third bias voltage. Characterized in that configured.

상기 전류미러부은, 제1출력노드와 제2전원사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장부의 피모스트랜지스터쌍의 제1트랜지스터의 출력에 응답하여 동작하는 제1전류미러와, 제2출력노드와 제2전원사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장부의 피모스트랜지스터쌍의 제2트랜지스터의 출력에 응답하여 동작하는 제2전류미러로 구성됨을 특징으로 한다.The current mirror unit includes a first current mirror and a second output node formed with a channel between the first output node and the second power supply and operating in response to the output of the first transistor of the PMOS transistor pair of the common mode region extension unit. And a second current mirror having a channel formed between the second power supply and the second power source, the second current mirror operating in response to the output of the second transistor of the PMOS transistor pair of the common mode region extension unit.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도2는 본 발명에 의한 완전차동구조의 연산증폭기 회로를 개시하고 있다. 도2의 구성은 다음과 같다. 즉, 입력신호 VINP 및 VINN을 게이트 입력하는 피형 및 엔형 트랜지스터쌍을 포함하여 구성되는 공통모드영역 확장부(10)과, 상기 공통모드영역 확장부(10)에 연결되고 제어전압 VBIAS1 및 VBIAS2전압의 입력에 응답하여 상기 공통모드영역 확장부(10)에 전류를 추가적으로 공급하는 전류보상부(20)과, 제1전원 Vcc와 출력노드 OUTP 및 OUTN사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장부(10)의 엔형 트랜지스터쌍의 출력과 VBIAS1 및 VBIAS3전압의 입력에 응답하여 출력노드 OUTP 및 OUTN에 부하를 공급하는 부하부(30, 40)과, 상기 출력노드 OUTP 및 OUTN과 제2전원 GND사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장부(10)의 출력에 응답하여 상기 동작하여 이득을 증가시키는 전류미러부(50A, 50B)으로 구성된다.Fig. 2 discloses an operational amplifier circuit of a fully differential structure according to the present invention. The configuration of Fig. 2 is as follows. That is, the common mode region expansion unit 10 and the common mode region expansion unit 10 including the paired and n-type transistor pairs for gate-input of the input signals VINP and VINN, and the control voltages VBIAS1 and VBIAS2 are connected. A current compensator 20 for additionally supplying current to the common mode region extender 10 in response to an input, and is formed between a first power supply Vcc and an output node OUTP and OUTN, and the common mode region extender 10 Load portions 30 and 40 for supplying loads to the output nodes OUTP and OUTN in response to the output of the pair of N-type transistors of VBIAS1 and VBIAS3, and between the output nodes OUTP and OUTN and the second power supply GND. In response to the output of the common mode region expansion section 10 is configured to include the current mirror portion (50A, 50B) to increase the gain.

상기 공통모드영역(common mode range) 확장부(10)은, 제1전원 Vcc에 채널의 일단이 연결되고 바이어스전압인 VBIAS1전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀업(pull-up)트랜지스터로서의 피모스(PMOS)트랜지스터 P3와, 상기 피모스트랜지스터 P3에 채널(channel)의 일단이 각각 연결되고 제1 및 제2입력신호 VINP, VINN을 대응적으로 게이트(gate)입력하는 피모스트랜지스터 P1 및 P2와, 상기 VINP 및 VINN을 대응적으로 게이트입력하는 엔모스(NMOS)트랜지스터 N1 및 N2와, 상기 엔모스트랜지스터 N1 및 N2의 공통 소오스(source)와 제2전원 GND 사이에 채널이 형성되고 VBIAS2전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀다운(pull-down)트랜지스터로서의 엔모스트랜지스터 N3로 구성된다.The common mode range extension unit 10 is a PMOS as a pull-up transistor, in which one end of a channel is connected to a first power supply Vcc and switching in response to an input of a bias voltage of VBIAS1. (PMOS) transistors P3 and PMOS transistors P1 and P2 having one end of a channel connected to the PMOS transistor P3 and correspondingly inputting first and second input signals VINP and VINN respectively; And a channel is formed between NMOS transistors N1 and N2 corresponding to gate inputs of the VINP and VINN, a common source of the NMOS transistors N1 and N2, and a second power supply GND. It consists of NMOS transistor N3 as a pull-down transistor that switches in response to an input.

상기 전류보상(current compensation)부(20)은, 전원 Vcc와 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P3 사이에 채널이 연결된 피모스트랜지스터 P5와, 전원 Vcc에 연결된 소오스와 게이트 및 상기 피모스트랜지스터 P5의 게이트에 공통접속되는 드레인으로 구성되는 피모스트랜지스터 P6과, 상기 피모스트랜지스터 P6의 드레인과 상기 공통모드영역 확장부(10)의 엔모스트랜지스터 N3 사이에 채널이 형성되고 VBIAS2전압을 게이트입력하는 엔모스트랜지스터 N4와, VBIAS전압을 게이트입력하고 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P3에 소오스가 연결된 피모스트랜지스터 P4와, 상기 피모스트랜지스터 P4의 드레인과 전원 GND사이에 채널이 연결되고 상기 피모스트랜지스터 P4의 드레인에 게이트접속된 엔모스트랜지스터 N5와, 상기 엔모스트랜지스터 N4와 전원 GND사이에 채널이 연결되고 상기 피모스트랜지스터 P4의 드레인에 게이트접속된 엔모스트랜지스터 N6으로 구성된다.The current compensation unit 20 may include a PMOS transistor P5 having a channel connected between the power supply Vcc and the PMOS transistor P3 of the common mode region expansion unit 10, a source and a gate connected to the power supply Vcc, and the A channel is formed between the PMOS transistor P6 including a drain commonly connected to the gate of the PMOS transistor P5, the drain of the PMOS transistor P6, and the NMOS transistor N3 of the common mode region expansion unit 10, and a VBIAS2 voltage. NMOS transistor N4 for gate input, PMO transistor P4 having a gate input to VBIAS voltage, and a source connected to PMOS transistor P3 of the common mode region expansion unit 10, and a drain and power supply GND of the PMOS transistor P4. A channel connected between the NMOS transistor N5 and a gate connected to the drain of the PMOS transistor P4, and the NMOS transistor A channel is connected between N4 and the power supply GND, and is configured as an enMOS transistor N6 gated to the drain of the PMOS transistor P4.

상기 부하부(30, 40)은, 전원 Vcc에 각 소오스가 병렬접속되고 상기 VBIAS1전압을 공통으로 게이트입력하며 드레인이 대응적으로 상기 공통모드영역 확장부(10)의 엔모스트랜지스터 N1 및 N2의 채널에 대응적으로 연결된 피모스트랜지스터 P7 및 P8로 구성된 제1부하부(30)과, 상기 제1부하부(30)과 제1 및 제2출력노드 OUTP 및 OUTN(이는 출력신호를 의미하기도 함)에 대응적으로 채널이 형성되고 VBIAS3전압에 공통 게이트접속되는 피모스트랜지스터 P9 및 P10으로 구성된 제2부하부(40)으로 구성된다.The load units 30 and 40 have respective sources connected in parallel to the power supply Vcc, gate input the VBIAS1 voltage in common, and drains correspondingly to the NMOS transistors N1 and N2 of the common mode region expansion unit 10. A first load part 30 composed of PMOS transistors P7 and P8 connected to the channel, and the first load part 30 and the first and second output nodes OUTP and OUTN (which may also mean output signals). A second load portion 40 composed of PMOS transistors P9 and P10 having a channel formed therein and commonly gate-connected to the VBIAS3 voltage.

상기 전류미러(current mirror)부(50A, 50B)은, 출력노드 OUTP와 전원 GND사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P1의 출력에 응답하여 동작하는 제1전류미러(50A)와, 출력노드 OUTN과 전원 GND사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P2의 출력에 응답하여 동작하는 제2전류미러(50B)로 구성된다.The current mirror units 50A and 50B include a first channel formed between an output node OUTP and a power supply GND and operating in response to an output of the PMOS transistor P1 of the common mode region expansion unit 10. A channel is formed between the current mirror 50A, the output node OUTN, and the power supply GND, and includes a second current mirror 50B that operates in response to the output of the PMOS transistor P2 of the common mode region expansion unit 10. .

상기 제1전류미러(50A)는, 출력노드 OUTP에 드레인이 연결되고 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P1의 드레인에 게이트가 연결된 엔모스트랜지스터 N7과, 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P1의 드레인에 게이트 및 드레인이 공통접속된 엔모스트랜지스터 N8과, 상기 엔모스트랜지스터 N7과 전원 GND사이에 채널이 형성되고 상기 엔모스트랜지스터 N8의 소오스에 게이트가 접속된 엔모스트랜지스터 N9와, 상기 엔모스트랜지스터 N8과 전원 GND사이에 채널이 형성되고 게이트와 드레인이 공통접속된 엔모스트랜지스터 N10으로 구성된다.The first current mirror 50A includes an NMOS transistor N7 having a drain connected to an output node OUTP and a gate connected to a drain of the PMOS transistor P1 of the common mode region expansion unit 10, and the common mode region expansion unit ( An NMOS transistor N8 in which a gate and a drain are commonly connected to a drain of the PMOS transistor P1 of FIG. 10, a channel is formed between the NMOS transistor N7 and the power supply GND, and an N gate in which a gate is connected to a source of the NMOS transistor N8. A channel is formed between the MOS transistor N9 and the NMOS transistor N8 and the power supply GND, and includes an MOS transistor N10 in which a gate and a drain are commonly connected.

제2전류미러(50B)는, 출력노드 OUTN에 드레인이 연결되고 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P2의 드레인에 게이트가 연결된 엔모스트랜지스터 N12와, 상기 공통모드영역 확장부(10)의 피모스트랜지스터 P2의 드레인에 게이트 및 드레인이 공통접속된 엔모스트랜지스터 N11과, 상기 엔모스트랜지스터 N12와 전원 GND사이에 채널이 형성되고 상기 엔모스트랜지스터 N811 소오스에 게이트가 접속된 엔모스트랜지스터 N14와, 상기 엔모스트랜지스터 N11과 전원 GND사이에 채널이 형성되고 게이트와 드레인이 공통접속된 엔모스트랜지스터 N14로 구성된다.The second current mirror 50B includes an NMOS transistor N12 having a drain connected to the output node OUTN and a gate connected to the drain of the PMOS transistor P2 of the common mode region expansion unit 10, and the common mode region expansion unit 10. NMOS transistor N11 having a gate and a drain commonly connected to the drain of PMOS transistor P2, and an NMOS transistor whose gate is connected to the NMOS transistor N811 source with a channel formed between the NMOS transistor N12 and the power supply GND. A channel is formed between N14 and the NMOS transistor N11 and the power supply GND, and the NMOS transistor N14 has a gate and a drain connected in common.

도2의 구성에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation according to the configuration of Figure 2 as follows.

도2에서 공통모드영역 확장부은 엔형(N-type)차동쌍으로 엔모스트랜지스터 N1과 N2, 피형(P-type) 차동쌍으로서 피모스트랜지스터 P1과 P2로 구성되고, 피형 차동쌍은 피모스트랜지스터 P3으로 바이어스(bias)전류를 공급하고 엔형 차동쌍은 엔모스트랜지스터 N3으로 바이어스전류를 공급한다.In FIG. 2, the common mode region expansion unit is an N-type differential pair, which is composed of NMOS transistors N1 and N2, a P-type differential pair, and PMOS transistors P1 and P2, and the differential differential pair is a PMOS transistor. A bias current is supplied to P3, and the N-type differential pair supplies a bias current to NMOS transistor N3.

한편 전류보상부(20)에서 전류미러(current mirror)를 구성하는 피모스트랜지스터 P5와 P6은 엔형의 차동쌍이 스위칭 오프(off)되고 피형의 차동쌍이 스위칭 온(on)될 때, 트랜스컨덕턴스(transconductance) gm을 두 차동쌍이 모두 온인 경우의 gm과 같게 해주기 위해 4배의 전류를 공급해주면(gm이 [IDS0]에 비례하므로) 같게 된다. 이를 위해 피모스트랜지스터 P5와 P6의 W/L비(width/length rate)를 1:3으로 해주면 피형의 차동쌍의 gm이 두 차동쌍이 모두 스위칭 온되는 경우와 같게 된다. 그리고 엔모스트랜지스터 N5와 N6은 역으로 엔형 차동쌍이 스위칭 온, 피형 차동쌍이 스위칭 오프일 때 엔형 차동쌍에 바이어스전류를 공급해주어 gm을 일정하게 해주는 부분이다. 그리고 피모스트랜지스터 P4는 피형차동쌍이 스위칭 오프, 엔형 차동쌍이 스위칭 온일 때 피모스트랜지스터 P3으로부터 바이어스전류를 공급해주는 부분이고 P4가 스위칭 온인 경우 N4는 스위칭 오프가 된다. 엔모스트랜지스터 N4는 엔형 차동쌍이 스위칭 오프, 피형 차동쌍이 스위칭 온인 경우 피형 차동쌍에 바이어스전류를 연결해주는 트랜지스터로서, 스위칭 온이면 피모스트랜지스터 P4가 오프이다.Meanwhile, PMOS transistors P5 and P6 constituting a current mirror in the current compensator 20 have a transconductance when the differential pair of the n-type is switched off and the differential pair of the to-be-shaped is switched on. ) If we supply 4 times the current to make gm equal to gm when both differential pairs are on (because gm is proportional to [IDS0]), it will be equal. To do this, if the width / length ratio of the PMOS transistors P5 and P6 is set to 1: 3, the gm of the differential pair of the type is the same as when both differential pairs are switched on. NMOS transistors N5 and N6 conversely supply a bias current to the N-type differential pair when the differential pair is switched on and the differential pair is switched off to make gm constant. The PMOS transistor P4 supplies a bias current from the PMOS transistor P3 when the differential pair is switched off and the N-type differential pair is switched on. When the P4 is switched on, N4 is switched off. NMOS transistor N4 is a transistor that connects bias current to the differential pair when the n-type differential pair is switched off and the differential pair is switched on. When the switching is on, the PMOS transistor P4 is off.

제1 및 제2부하부(30)(40)을 구성하는 피모스트랜지스터 P7, P8, P9, P10은 바이어스전압 VBIAS1 및 VBIAS3의 입력에 응답하여 출력노드 OUTP 및 OUTN에 부하 공급을 담당하는 트랜지스터이다.PMOS transistors P7, P8, P9, and P10 constituting the first and second load parts 30 and 40 are transistors for supplying loads to the output nodes OUTP and OUTN in response to inputs of the bias voltages VBIAS1 and VBIAS3. .

제1 및 제2전류미러 (50A)(50B)에서 엔모스트랜지스터 N7, N9, N12, N14는 출력을 싱크(sink)하는 트랜지스터이다. 그리고 엔모스트랜지스터 N8, N10, N11, N13은 N7, N9, N11, N13과 전류미러(current mirror)를 형성하여 출력저항을 크게 하고 이득(gain)을 증가시켜 주고 동상의 노이즈(noise)를 제거시킨다.NMOS transistors N7, N9, N12 and N14 in the first and second current mirrors 50A and 50B are transistors that sink the output. NMOS transistors N8, N10, N11, and N13 form current mirrors with N7, N9, N11, and N13 to increase output resistance, increase gain, and eliminate in-phase noise. Let's do it.

본 발명은 종래의 차동구조의 연산증폭기와는 달리 엔형 및 피형 두 개의 차동쌍으로 입력단을 구성하여 동작영역이 "1.엔형 차동쌍만 스위칭 온되는 경우, 2.피형 차동쌍만 스위칭 온되는 경우, 3.엔형과 피형 차동쌍이 모두 스위칭 온인 경우"와 같이 3가지로 확대되고 공통모드영역이 넓어지게 된다. 그리고 두 개의 차동쌍이 모두 스위칭 온일 때의 gm값이 엔형 및 피형 차동쌍 하나만 스위칭 온될 때에 비해 약 2배가 되어 gm이 동작영역에서 일정하지 않게 되지만, 이를 보상해 주기 위한 전류보상부(20)에 의해 하나의 차동쌍(엔형 또는 피형)이 스위칭 온인 경우 전류를 더 많이 공급해주어 gm이 일정하게 된다. 출력단에서는 대칭적인 구조의 제1전류미러(50A)와 제2전류미러(50B)에 의해, 동상의 노이즈가 이 전류미러를 거치면 제거되어 CMRR(Common Mode Rejection Ratio) 및 PSRR(Power Supply Rejection Ratio)의 향상을 꾀할 수 있다.According to the present invention, unlike the operational amplifier of the conventional differential structure, the input terminal is composed of two differential pairs of N-type and type, so that when the operating region is switched on only “1. Y-type differential pair, 2. 2. only the differential differential pair is switched on. 3) and the common mode area becomes wider. In addition, the gm value when both differential pairs are switched on is about twice as large as when only one of the N-type and the differential pairs are switched on, so that gm is not constant in the operating region, but is compensated by the current compensation unit 20 to compensate for this. If one differential pair (en or fig) is switched on, it supplies more current, resulting in a constant gm. In the output stage, the symmetrical structure of the first current mirror 50A and the second current mirror 50B removes in-phase noise when passing through the current mirror, so that the common mode rejection ratio (CMRR) and power supply rejection ratio (PSRR) are removed. Can improve.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명은 입력단의 공통모드영역이 넓고 노이즈 제거성능이 좋으므로 넓은 동적범주(dynamic range)를 요하는 아날로그디지털변환기, 디지털아날로그변환기, SCF 등에 적용성이 크게 된다.As described above, the present invention has a large common mode region of the input stage and good noise removal performance, so that the present invention is applicable to an analog-digital converter, a digital analog converter, and an SCF that require a wide dynamic range.

Claims (6)

완전차동구조의 연산증폭기에 있어서,In the operational amplifier of the fully differential structure, 입력신호를 게이트 입력하는 피형 및 엔형 트랜지스터쌍을 포함하여 구성되는 공통모드영역 확장수단;Common mode region expansion means configured to include an input-type and en-type transistor pair for gate inputting an input signal; 상기 공통모드영역 확장수단에 연결되고 제어전압의 입력에 응답하여 상기 공통모드영역 확장수단에 전류를 추가적으로 공급하는 전류보상수단;Current compensating means connected to said common mode region extending means and additionally supplying current to said common mode region extending means in response to input of a control voltage; 제1전원과 출력노드 사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장수단의 엔형 트랜지스터쌍의 출력과 제2제어전압의 입력에 응답하여 출력노드에 부하를 공급하는 부하수단; 및Load means formed between a first power supply and an output node and supplying a load to an output node in response to an output of an N-type transistor pair of the common mode region expansion means and an input of a second control voltage; And 상기 출력노드와 제2전원 사이에 형성되고 상기 공통모드영역 확장수단의 출력에 응답하여 상기 동작하여 이득을 증가시키는 전류미러수단A current mirror means formed between the output node and a second power supply and operating in response to the output of the common mode region expansion means to increase the gain 을 포함하여 이루어진 완전차동구조의 연산증폭기.Operational amplifier of a fully differential structure, including. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공통모드영역 확장수단은, 제1전원에 채널의 일단이 연결되고 제1바이어스전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀업트랜지스터와, 상기 풀업트랜지스터에 채널의 일단이 각각 연결되고 제1 및 제2입력신호를 대응적으로 게이트입력하는 피형트랜지스터쌍과, 상기 제1 및 제2입력신호를 대응적으로 게이트입력하는 엔형트랜지스터쌍과, 상기 엔형트랜지스터쌍과 제2전원 사이에 채널이 형성되고 제2바이어스전압의 입력에 응답하여 스위칭동작하는 풀다운트랜지스터를 포함하는 완전차동구조의 연산증폭기.The common mode region expansion means may include a pull-up transistor connected to one end of a channel to a first power supply and switching in response to an input of a first bias voltage, and one end of a channel connected to the pull-up transistor, respectively. A channel is formed between the pair of transistors for inputting an input signal correspondingly, the pair of n-type transistors correspondingly inputting the first and second input signals, and the channel between the pair of n-type transistors and the second power supply. An operational amplifier with a fully differential structure including a pull-down transistor that switches in response to an input of a bias voltage. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 풀업트랜지스터는 피모스트랜지스터이고, 풀다운트랜지스터는 엔모스트랜지스터로 구성되는 완전차동구조의 연산증폭기.The pull-up transistor is a PMOS transistor, the pull-down transistor is an operational amplifier of a fully differential structure consisting of the enmo transistor. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전류보상수단은, 제1전원과 상기 공통모드영역 확장수단의 풀업트랜지스터 사이에 채널이 연결된 제1피모스트랜지스터와, 제1전원에 연결된 소오스와 게이트 및 상기 제1피모스트랜지스터의 게이트에 공통접속되는 드레인으로 구성되는 제2피모스트랜지스터와, 상기 제2피모스트랜지스터의 드레인과 상기 공통모드영역 확장수단의 풀다운트랜지스터 사이에 채널이 형성되고 제2바이어스전압을 게이트입력하는 제1엔모스트랜지스터와, 제1바이어스전압을 게이트입력하고 상기 공통모드영역 확장수단의 풀업트랜지스터에 소오스가 연결된 제3피모스트랜지스터와, 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인과 제2전원 사이에 채널이 연결되고 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인에 게이트접속된 제2엔모스트랜지스터와, 상기 제1엔모스트랜지스터와 제2전원 사이에 채널이 연결되고 상기 제3피모스트랜지스터의 드레인에 게이트접속된 제3엔모스트랜지스터를 포함하는 완전차동구조의 연산증폭기.The current compensation means is common to a first PMOS transistor having a channel connected between a first power supply and a pull-up transistor of the common mode region expansion means, a source and a gate connected to the first power source, and a gate of the first PMOS transistor. A first NMOS transistor, the channel being formed between the second PMOS transistor comprising a drain connected to the drain, the drain of the second PMOS transistor and the pull-down transistor of the common mode region expansion means, and a gate inputting a second bias voltage; And a third PMOS transistor having a gate input of a first bias voltage and a source connected to a pull-up transistor of the common mode region extending means, and a channel connected between the drain and the second power supply of the third PMOS transistor. A second NMOS transistor gate-connected to the drain of the 3 PMOS transistor, and the first NMOS transistor Second channel is connected between the power supply and the third operand of the fully differential amplifier structure including a gate of the third MOS transistor en connection to the drain of the MOS transistor. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 부하수단은, 제1전원에 각 소오스가 병렬접속되고 상기 제1바이어스전압을 공통으로 게이트입력하며 드레인이 대응적으로 상기 공통모드영역 확장수단의 엔모스트랜지스터쌍의 채널에 대응적으로 연결된 피모스트랜지스터쌍으로 구성된 제1부하수단과, 상기 제1부하수단과 제1 및 제2출력노드 사이에 대응적으로 채널이 형성되고 제3바이어스전압에 공통 게이트접속되는 피모스트랜지스터쌍으로 구성된 제2부하수단을 포함하는 완전차동구조의 연산증폭기.The load means may include a source connected in parallel to a first power source, a gate input of the first bias voltage in common, and a drain correspondingly connected to a channel of an enMOS transistor pair of the common mode region expansion means. A second load means comprising a first load means composed of a MOS transistor pair, and a PMOS transistor pair having a channel correspondingly formed between the first load means and the first and second output nodes and commonly connected to a third bias voltage. Operational amplifier of fully differential structure including load means. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 전류미러수단은, 제1출력노드와 제2전원사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장수단의 피모스트랜지스터쌍의 제1트랜지스터의 출력에 응답하여 동작하는 제1전류미러와, 제2출력노드와 제2전원사이에 채널이 형성되고 상기 공통모드영역 확장수단의 피모스트랜지스터쌍의 제2트랜지스터의 출력에 응답하여 동작하는 제2전류미러로 구성되는 완전차동구조의 연산증폭기.The current mirror means includes: a first current mirror configured to form a channel between the first output node and the second power supply and operate in response to the output of the first transistor of the PMOS transistor pair of the common mode region expansion means; And a second current mirror having a channel formed between the output node and the second power supply and operating in response to the output of the second transistor of the PMOS transistor pair of the common mode region expansion means.
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