KR940011025B1 - Push-pull trans conductance op amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 연산증폭기의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional operational amplifier.
제 2 도는 종래의 연산증폭기에 의한 시간 대 출력 전압의 특성 곡선도.2 is a characteristic curve of time versus output voltage by a conventional operational amplifier.
제 3 도는 본 발명의 연산증폭기의 회로도.3 is a circuit diagram of an operational amplifier of the present invention.
제 4 도는 본 발명의 연산증폭기에 의한 시간 대 출력 전압의 특성 곡선도.4 is a characteristic curve of time versus output voltage by the operational amplifier of the present invention.
본 발명은 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정적 전력소모를 줄이고 큰 값의 슬루레이트(slew rate)를 가지는 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a push-pull transconductance operational amplifier, and more particularly, to a push-pull transconductance operational amplifier which reduces static power consumption and has a large value of slew rate.
일반적으로 연산증폭기는 아날로그 계산기용의 직류증폭기로서 개발되었지만 집적회로의 기술과 더불어 집적회로 연산증폭기의 출현으로 안정하고도 염가인 것을 쉽게 입수할 수 있게 되어 트랜지스터와 같은 정도로 편리하게 사용할 수 있게 되었다. 그리하여 지금은 아날로그 계산기용으로서 보다는 오히려 능동 회로망의 중요한 기본 구성요소로서 거의 모든 아날로그 시스템 분야에 이용되기에 이르러 디지탈 시스템에서 마이크로 프로세서가 차지하는 역할을 비견하는 자리를 아날로그 시스템에서 차지하게 되었다.In general, operational amplifiers were developed as direct current amplifiers for analog calculators, but with the technology of integrated circuits, with the advent of integrated circuit operational amplifiers, stable and inexpensive ones are readily available, making them as convenient as transistors. As a result, it is now used in almost all analog systems as an important basic component of active circuitry, rather than for analog calculators, taking the place of analog processors in the role of microprocessors in digital systems.
연산증폭기는 기본적으로는 매우 큰 이득의 직렬 차동 증폭기로서 보통은 언제나 이득대역폭을 제어하기 위한 외부귀환회로를 가지고 있다. 연산증폭기의 내부는 많은 트랜지스터, 다이오드, 저항 등으로 구성되어 있지만 사용자는 그 내부구조에 일일히 관여할 필요없이 외부에 나타나 있는 단자 상호간의 전압-전류 특성에 주목하기만 하면 되며 이것을 저항기나 캐패시터와 마찬가지로 어떤 하나의 기능을 가지는 회로소자로 취급할 수 있다. 일반적으로 하나 또는 수종의 기능을 가지는 회로를 단일체의 소자라 볼때 이를 능동소자라 부르기도 한다.An op amp is basically a very large gain series differential amplifier, usually with an external feedback circuit to control the gain bandwidth. The inside of the operational amplifier is composed of many transistors, diodes, resistors, etc., but the user does not need to be concerned with the internal structure, but only needs to pay attention to the voltage-current characteristics of the external terminals. Likewise, it can be treated as a circuit element having any one function. In general, when a circuit having one or several functions is referred to as a single element, it is also called an active element.
최근, 용량성 부하를 갖는 푸시-풀 차동 연산증폭기가 많이 사용되는데 제 1 도가 그 예이다.Recently, many push-pull differential operational amplifiers with capacitive loads are used.
이러한 일반적인 푸시-풀 차동 연산증폭기는 차동 입력이 인가되는 입력단 트랜지스터(M1,M2,M3,M4), 푸시-풀 구조를 가지면서 용량성 부하(CL)를 구동하는 출력단 트랜지스터(M6,M7), 상기 출력단 트랜지스터(M7)의 전류를 구동시키기 위한 트랜지스터(M8,M9) 및 상기 차동 입력단에 전류를 공급하는 전류원 트랜지스터(M5)로 구성된다.These general push-pull differential operational amplifiers have input stage transistors (M1, M2, M3, M4) to which differential inputs are applied, and output stage transistors (M6, M7) having a push-pull structure and driving a capacitive load (C L ). And a current source transistor M5 for supplying current to the differential input terminal, and transistors M8 and M9 for driving a current of the output terminal transistor M7.
제 1 도의 푸시-풀 차동 연산증폭기에 있어서 비반전 입력단의 트랜지스터(M2)와 반전 입력단의 트랜지스터(M1)의 각 게이트에 인가되는 전위가 같을때, 두 입력단을 통하여 흐르는 전류는 같다. 따라서, 이 회로에서 옵셋을 무시한다면 출력단의 출력전압(Vout)은 OV이다. 그러나, 비반전 입력단자의 전위(Vin+)가 반전 입력단자의 전위(Vin-)보다 높을 경우 (Vin+〉Vin-), 트랜지스터(M2)를 통하여 흐르는 전류(I1)은 트랜지스터(M1)을 통하여 흐르는 전류(I2)보다 크게 된다. 그 결과로 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M6)에 흐르는 전류(I3)는 (S6/S4)×I1만큼의 전류가 흐르게 된다. 여기서, S6,S4는 각각 트랜지스터(M6,M4)의 S6=(W/L)6, S4(W/L)4을 나타내며, W는 트랜지스터의 채널폭, L은 채널길이를 나타낸다. 트랜지스터(M3)와 전류미러를 구성하는 트랜지서터(M8)에 흐르는 전류는 (S8/S3)×I2의 비로 감소하고 트랜지스터(M9)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M7)를 통해 흐르는 전류(I4)도 감소하게 된다.In the push-pull differential operational amplifier of FIG. 1, when the potentials applied to the gates of the transistor M2 of the non-inverting input terminal and the transistor M1 of the inverting input terminal are the same, the current flowing through the two input terminals is the same. Therefore, if the offset is ignored in this circuit, the output voltage Vout at the output stage is OV. However, the potential (Vin +) of the non-inverting input terminal the potential of the inverting input terminal - is higher than (Vin +> Vin -) ( Vin), current (I1) flowing through the transistor (M2) is a transistor (M1) It becomes larger than the current I2 flowing through. As a result, the current I3 flowing through the transistor M4 and the transistor M6 constituting the current mirror flows as much as (S6 / S4) × I1. Here, S6 and S4 represent S 6 = (W / L) 6 and S 4 (W / L) 4 of the transistors M6 and M4, respectively, W represents the channel width of the transistor and L represents the channel length. The current flowing through the transistor M3 and the transistor M8 constituting the current mirror decreases at a ratio of (S8 / S3) × I2, and the current flowing through the transistor M7 constituting the current mirror with the transistor M9 ( I4) also decreases.
그러므로, Vin+〉〉Vin-일때, 전류는 I3〉〉I4의 관계가 성립되어 용량성 부하(CL)에 효과적으로 전류를 공급한다. 한편, Vin+〈〈Vin-일때는 I3〈〈I4의 관계가 성립되어 용량성 부하(CL)에 충전된 전하를 효과적으로 방전한다. 따라서, 단위 시간에 대한 출력 전압의 최대변화율(dv/dt)을 나타내는 슬루레이트는 다음의 관계식이 성립한다.Thus, Vin + Vin >> - when, current is the relation of I3 I4 >> is satisfied, effectively supplying a current to the capacitive load (C L). On the other hand, Vin + Vin << - when is the relation << I3 I4 is established to effectively discharge the electric charges charged in the capacitive load (C L). Therefore, the following relation holds for the slew rate representing the maximum change rate (dv / dt) of the output voltage with respect to unit time.
SR=1/CLㆍAㆍ│I3/I1│…………………………(1)SR = 1 / C L A · I3 / I1... … … … … … … … … … (One)
상기 식(1)에서 알 수 있는 바와 같이 슬루레이트를 크게 하기 위해서는 전류원(M5)에서 공급하는 전류(I)를 크게 하거나 용량성 부하(CL)의 값을 작게 하여야 한다. 그러나, CL을 고정된 상수로 볼때 전류원(M5)의 전류값을 크게 하여야 함을 알 수 있다. 따라서, 연산증폭기의 정적 전력 소모도 크게 된다.As can be seen from Equation (1), in order to increase the slew rate, the current I supplied from the current source M5 must be increased or the value of the capacitive load C L must be decreased. However, when C L is a fixed constant, it can be seen that the current value of the current source M5 must be increased. Therefore, the static power consumption of the operational amplifier also becomes large.
제 2 도는 상기 제 1 도의 푸시-풀 차동 연산증폭기에 대한 시간 대 출력 전압의 관계를 도시한 그래프로서, 이에 의해 입력신소(Vin)에 대한 출력신호(Vout)의 응답특성을 알 수 있다.FIG. 2 is a graph showing the relationship of time versus output voltage for the push-pull differential operational amplifier of FIG. 1, whereby the response characteristic of the output signal Vout with respect to the input source Vin can be obtained.
시간 0μsec에서 2.0μsec까지는 비반전 입럭단자의 전위(Vin+)가 반전 입력단자의 전위(Vin-)보다 클때 즉, Vin+〉〉Vin-인 경우를 나타내고, 시간 2.0μsec 이후는 Vin+〈〈Vin-인 경우를 나타낸 것이다.At time 2.0μsec 0μsec by the potential (Vin +), the potential (Vin -) of the inverting input terminal of the non-inverting terminal is greater than ipreok i.e., Vin + Vin >> - represents a case, since the time is 2.0μsec Vin + << Vin - is shown.
제 2 도에 도시된 바와 같이 출력 전압(Vout)이 -3.0V에서 3.0V로 상승하기 까지는 약 0.7μsec의 시간이 소요됨을 알 수 있다. 마찬가지로 3.0V에서 -3.0V로 전압하강시에는 약 0.9μsec의 많은 시간이 소요된다.As shown in FIG. 2, it can be seen that it takes about 0.7 μsec to increase the output voltage Vout from -3.0V to 3.0V. Likewise, when the voltage drop from 3.0V to -3.0V takes about 0.9μsec.
그러므로, 이와 같은 연산 증폭기에 의하면 회로의 응답속도가 느려지게 되는 단점이 있다.Therefore, such an operational amplifier has a disadvantage in that the response speed of the circuit becomes slow.
따라서, 본 발명의 목적은 정적 소비 전력을 줄이면서, 응답속도를 빠르게 하는 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a push-pull transconductance operational amplifier that reduces response power while increasing response speed.
본 발명의 다른 목적은 빠른 출력응답과 큰 슬루레이트를 갖는 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a push-pull transconductance operational amplifier having a fast output response and a large slew rate.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기는 반전 입력단을 이루는 제1 및 제 2 트랜지스터와 비반전 입력단을 이루는 제3 및 제 4 트랜지스터로 형성된 차동 입력 증폭단, 상기 제 2 트랜지스터와 전류미러를 형성하는 제5 및 제 6 트랜지스터, 상기 제 4 트랜지스터와 전류미러를 형성하는 제7 및 제 8 트랜지스터, 상기 제 7 트랜지스터와 함께 제 1 인버터 회로를 형성하는 제 9 트랜지스터, 상기 제 9 트랜지스터와 전류미러를 형성하며, 상기 제 5 트랜지스터와 제 2 인버터 회로를 형성하는 제 10 트랜지스터, 상기 제 8 트랜지스터와 제 3 인버터 회로를 구성하는 제 11 트랜지스터, 상기 제 11 트랜지스터와 전류미러를 형성하며, 상기 제 6 트랜지스터와 제 4 인버터 회로를 형성하는 제 12 트랜지스터, 상기 제1 및 제 3 트랜지스터의 공통 소오스 단자와 부전원 사이에 삽입되는 정전류원, 상기 정전류원과 병렬로 접속되며 상기 제 1인버터 회로의 출력에 의해 구동되는 제 1 가변 전류공급원, 상기 정전류원과 병렬로 접속되며 상기 제 4 인버터 회로의 출력에 의해 구동되는 제 2 가변 전류공급원, 상기 제 4 트랜지스터와 전류미러를 형성하는 제 13 트랜지스터, 및 상기 제 13 트랜지스터와 푸시-풀 출력단을 이루며 상기 제 10 트랜지스터와 전류미러를 형성하는 제 14 트랜지스터로 구성되며, 상기 제 13 트랜지스터와 상기 제 14 트랜지스터와의 접속점으로부터 용량성 부하를 구동하기 위한 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다.The push-pull transconductance operational amplifier for achieving the object of the present invention described above is a differential input amplifier stage formed of the first and second transistors constituting the inverting input stage and the third and fourth transistors constituting the non-inverting input stage, the second Fifth and sixth transistors for forming a current mirror with a transistor, seventh and eighth transistors for forming a current mirror with a fourth transistor, and a ninth transistor for forming a first inverter circuit together with the seventh transistor; A nineth transistor and a current mirror, a tenth transistor forming the fifth transistor and a second inverter circuit, an eleventh transistor constituting the eighth transistor and a third inverter circuit, and a current mirror with the eleventh transistor And a twelfth transistor, the first and third transistors forming the sixth transistor and a fourth inverter circuit. A constant current source inserted between the common source terminal and the negative power source of the STER, a first variable current supply source connected in parallel with the constant current source and driven by an output of the first inverter circuit, and connected in parallel with the constant current source A second variable current source driven by an output of a fourth inverter circuit, a thirteenth transistor for forming a current mirror with the fourth transistor, and a push-pull output stage with the thirteenth transistor to form a current mirror with the tenth transistor; And an output for driving a capacitive load from a connection point between the thirteenth transistor and the fourteenth transistor.
이하 본 발명의 보다 상세한 내용은 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, more details of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제 3 도는 본 발명의 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기의 회로도를 나타낸 것이다.3 shows a circuit diagram of a push-pull transconductance operational amplifier of the present invention.
먼저, 차동입력단은 반전 입력단을 구성하는 트랜지스터(M1,M3)와 비반전 입력단을 구성하는 트랜지스터(M2,M4)로 구성된다. 상기 반전 입력단의 부하 트랜지스터(M3)는 트랜지스터(M13과 M8)와 함께 각각 전류미러를 구성한다. 상기 트랜지스터(M8)은 트랜지스터(M9)와 인버터 회로를 구성하며, 상기 트랜지스터(M9)는 트랜지스터(M15 및 M7)와 함께 전류미러를 구성한다.First, the differential input terminal is composed of transistors M1 and M3 constituting the inverting input terminal and transistors M2 and M4 constituting the non-inverting input terminal. The load transistor M3 of the inverting input stage together with the transistors M13 and M8 constitute a current mirror, respectively. The transistor M8 forms an inverter circuit with the transistor M9, and the transistor M9 forms a current mirror together with the transistors M15 and M7.
다음, 상기 비반전 입력단(M2,M4)의 부하 트랜지스터(M4)는 트랜지스터(M16,M11,M6)과 각각 전류미러를 구성하고, 상기 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M16)은, 상기 트랜지스터(M9)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M15)와 함께 인버터 회로를 구성하며, 상기 인버터 회로의 출력(V1)은 가변 전류공급원 역할을 하는 트랜지스터(M17)의 게이트에 연결된다. 상기 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지시터(M11)은 트랜지스터(M10)과 함께 인버터 회로를 구성하고, 상기 트랜지스터(M10)과 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M12)는 상기 트랜지스터(M13)과 함께 인버터 회로를 구성한다. 또한, 인버터 회로를 구성하는 트랜지스터(M12와 M13)의 출력(V2)은 가변 전류공급원 역할을 하는 트랜지스터(M14)의 게이트에 연결된다.Next, the load transistors M4 of the non-inverting input terminals M2 and M4 form a current mirror with the transistors M16, M11 and M6, respectively, and the transistors M16 constituting the current mirror with the transistor M4 In addition, an inverter circuit is formed together with the transistor M15 constituting the current mirror with the transistor M9, and an output V1 of the inverter circuit is connected to a gate of the transistor M17 serving as a variable current source. The transistor M11 constituting the current mirror with the transistor M4 forms an inverter circuit together with the transistor M10, and the transistor M12 constituting the current mirror with the transistor M10 is the transistor M13. ) To configure the inverter circuit. In addition, the output V2 of the transistors M12 and M13 constituting the inverter circuit is connected to the gate of the transistor M14 serving as a variable current source.
한편 트랜지서트(M5)는 드레인 단자가 전류공급원 역할을 하며 가변전류원인 트랜지스터(M14와 M17)의 드레인에 공통으로 연결되어 구성된다.On the other hand, the transistor M5 has a drain terminal serving as a current supply source and is commonly connected to the drains of the transistors M14 and M17 which are variable current sources.
또한 비반전 입력단의 부하 트랜지스터(M4)와 함께 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M6)는 트랜지스터(M7)와 함께 푸시-풀 출력단을 형성하며, 트랜지스터(M6)와 트랜지스터(M7)와의 접속점으로부터 연산증폭기의 출력(Vout)을 얻으며, 이에 의해 출력에 접속된 용량성 부하(CL)를 구동한다.In addition, the transistor M6 constituting the current mirror together with the load transistor M4 of the non-inverting input stage forms a push-pull output stage together with the transistor M7, and an operational amplifier from a connection point between the transistor M6 and the transistor M7. The output Vout of is obtained, thereby driving the capacitive load C L connected to the output.
그리고 종래와 동일하게 출력단(M6, M7)에 정전류를 공급하기 위해 트랜지스터(M7)은 트랜지스터(M9)와 전류미러를 구성하도록 접속되어 있다.The transistor M7 is connected to the transistor M9 so as to form a current mirror in order to supply a constant current to the output terminals M6 and M7 as in the related art.
한편 트랜지스터(M9)의 드레인에는 반전 입력단의 부하 트랜지스터(M3)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M8)가 접속되어 트랜지스터(M9)로 일정한 전류를 공급한다.On the other hand, the load M3 of the inverting input terminal and the transistor M8 constituting the current mirror are connected to the drain of the transistor M9 to supply a constant current to the transistor M9.
상기 트랜지스터(M1 내지 M9)는 기본적인 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기의 회로를 나타낸다.The transistors M1 through M9 represent the circuit of a basic transconductance operational amplifier.
이번에는 상기한 본 발명의 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기의 동작을 살펴보자.This time, look at the operation of the push-pull transconductance operational amplifier of the present invention.
반전 입력단의 트랜지스터(M1)의 게이트에 인가되는 전위(Vin-)와 비반전 입력단의 트랜지스터(M2)의 게이트에 인가되는 전위(Vin+)가 같을때, 기본적인 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기의 상태와 같다. 즉, 옵셋을 무시할 경우 출력단의 전압은 OV이다. 이때 차동 압력단에 공급되는 전류는 전류공급원 트랜지스터(M5)에 의해 공급되며, 가변 전류공급원 트랜지스터(M14,M17)은 오프 상태에 머무르게 된다.When the potential Vin - applied to the gate of the transistor M1 of the inverting input terminal and the potential Vin + applied to the gate of the transistor M2 of the non-inverting input terminal are the same, the state of the basic transconductance operational amplifier is the same. . In other words, if the offset is ignored, the output terminal voltage is OV. At this time, the current supplied to the differential pressure stage is supplied by the current source transistor M5, and the variable current source transistors M14 and M17 remain in the off state.
한편, Vin+〉〉Vin-일때, 트랜지스터(M2와 M4)로 구성되는 비반전 입력단을 흐르는 전류(I11)은 반전입력단을 구성하는 상기 트랜지스터(M1, M3)를 흐르는 전류(I12)보다 많이 흐르게 된다. 그 결과로 상기 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 상기 트랜지스터(M11)를 통해 흐르는 전류는 두 트랜지스터의 크기 비인 S11/S14의 I11배 만큼 흐른다.On the other hand, Vin + Vin >> - when a transistor current (I11) flowing through the non-inverting input terminal consisting of (M2 and M4) is flowing than the current (I12) flowing through the transistor (M1, M3) constituting the inverting input terminal do. As a result, the current flowing through the transistor M11 constituting the current mirror with the transistor M4 flows by 11 times the size ratio S11 / S14 of the two transistors.
상기 트랜지스터(M11)과 인버터 회로를 구성하는 상기 트랜지스터(M10)은 상기 트랜지스터(M12)와 전류미러를 구성하여 상기 트랜지스터(M12)를 통하여 정전류가 흐르게 되고, 상기 트랜지스터(M12)와 인버터 회로를 구성하는 상기 트랜지스터(M13)은 반전 차동 입력단의 부하 트랜지스터(M3)와 전류미러를 구성하기 때문에 상기 트랜지스터(M14)의 게이트가 연결된 상기 트랜지스터(M12)의 드레인은 전압(Vss)에 가깝게 되어 가변 전류공급원 트랜지스터(M14)를 통하여 전류는 거의 흐르지 않게 된다.The transistor M10 constituting the transistor M11 and the inverter circuit form a current mirror with the transistor M12 so that a constant current flows through the transistor M12, and constitutes an inverter circuit with the transistor M12. Since the transistor M13 forms a current mirror with the load transistor M3 of the inverted differential input terminal, the drain of the transistor M12 to which the gate of the transistor M14 is connected is close to the voltage Vss, so that a variable current supply source is provided. Almost no current flows through the transistor M14.
또한, 상기 비반전 입력단(M2, M4)의 전류증가로 반전 입력단(M1, M3)의 전류를 감소하므로 상기 부하 트랜지스터(M3)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M13 및 M8)을 통하여 흐르는 전류도 감소하게 된다. 따라서, 트랜지스터(M9)의 드레인과 소오스간의 전압(VDS9)는 트랜지스터(M15)의 게이트-소오스간의 전압(VNS15)와 같게 된다. 그러므로, 트랜지스터(M15)을 통해 흐르는 전류는 감소한다. 그러나 비반전 입력단의 부하 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M16)의 전류는 증가하므로 가변 전류공급원 트랜지스터(M17)을 통해 흐르는 전류는 증가하게 되고 비반전 입력단으로 흐르는 전류(I11)은 Δ1만큼 더 흐르게 된다.In addition, since the current of the inverting input terminals M1 and M3 decreases as the current of the non-inverting input terminals M2 and M4 increases, the current flowing through the load transistor M3 and the transistors M13 and M8 constituting the current mirror is also reduced. Will decrease. Accordingly, the voltage V DS 9 between the drain and the source of the transistor M9 is equal to the voltage V NS 15 between the gate and the source of the transistor M15. Therefore, the current flowing through the transistor M15 decreases. However, since the current of the load transistor M4 of the non-inverting input terminal and the transistor M16 constituting the current mirror increases, the current flowing through the variable current source transistor M17 increases and the current I11 flowing to the non-inverting input terminal Flow by Δ1.
비반전 입력단으로 흐르는 전류(I11)가 종래보다 ΔI만큼 더 흐르게 되어 부하 트랜지스터(M4)와 전류미러를 형성하는 푸시-풀 출력단의 트랜지스터(M6)에 더 큰 전류가 공급되고, 한편 반전 입력단으로 흐르는 전류가 감소되며 따라서 트랜지스터(M8)를 통하여 흐르는 전류가 감소되어, 그 결과 푸시-풀 출력단의 트랜지스터(M7)를 통하여는 거의 전류가 흐르지 않고 대부분 용량성 부하(CL)를 통하여 전류가 흘러 출력전압(Vout)가 급격히 상승한다.The current I11 flowing to the non-inverting input stage flows by ΔI more than before, so that a larger current is supplied to the transistor M6 of the push-pull output stage forming the current mirror with the load transistor M4, while flowing to the inverting input stage. The current is reduced and thus the current flowing through the transistor M8 is reduced, so that almost no current flows through the transistor M7 of the push-pull output stage and most of the current flows through the capacitive load C L. The voltage Vout rises sharply.
상기 식(1)에서 보았듯이 가변 전류공급원을 통하여 전류가 더 많이 공급될때의 슬루레이트(SR)는 증가하게 되며, 이때의 슬루레이트는 다음식(2)와 같이 된다.As seen in Equation (1), the slew rate (SR) increases when more current is supplied through the variable current supply source, and the slew rate at this time is expressed by the following equation (2).
SR=1/CLㆍAXㆍ│1II-I12│……………………………(2)SR = 1 / C L A and X and │1II-I12│ ... … … … … … … … … … … (2)
여기서, A는 피드 백 인자(feedback factor)이다.Where A is a feedback factor.
만일, Vin+〈〈Vin-즉, 반전 입력단에 인가되는 전위(Vin-)가 비반전 입력단에 인가되는 전위(Vin+)보다 클때 상기 반전 입력단(M1,M3)을 통해 흐르는 전류(I12)는 상기 비반전 입력단(M2,M4)를 통해 흐르는 전류(I11)보다 크게 되어 트랜지스터(M3)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M8,M13) 각각에 흐르는 전류는 상기 트랜지스터의 크기비 만큼 증가하게 된다. 그러므로, 트랜지스터(M9)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M15)의 전류도 증가하게 된다.Ten thousand and one, Vin + Vin << - that is, the potential applied to the inverting input terminal (Vin -) is greater that the inverting input terminal (M1, M3) than the potential (Vin +) is applied to the non-inverting input terminal is a current (I12) flowing through the The current flowing through the non-inverting input terminals M2 and M4 is greater than that of the current I11, so that the current flowing through the transistor M3 and the transistors M8 and M13 constituting the current mirror increases by the size ratio of the transistors. Therefore, the current of transistor M15 constituting the current mirror with transistor M9 also increases.
상대적으로 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M16,M11,M6)의 전류는 감소하게 된다. 트랜지스터(M15)를 통하여 흐르는 전류가 트랜지스터(M16)을 통하여 흐르는 전류보다 많게 되어 V1의 전압은 Vss에 가깝게 되므로 가변 전류공급원(M17)을 통하여 전류는 거의 흐르지 않는다.Relatively, the currents of the transistors M16, M11, and M6 constituting the current mirror are reduced. Since the current flowing through the transistor M15 becomes larger than the current flowing through the transistor M16, the voltage of V1 is close to Vss, so that little current flows through the variable current supply source M17.
한편 트랜지스터(M4)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M11)의 전류는 감소하고, 따라서 트랜지스터(M11)에 연결된 트랜지스터(M10)도 적게 흐른다. 그 결과 트랜지스터(M10)과 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M12)를 통해 흐르는 전류는 감소하고, 한편 트랜지스터(M12)와 인버터를 구성하는 트랜지스터(M13)의 전류는 반전 입력단의 전류 증가에 따라 상대적으로 증가하고 그 결과 트랜지스터(M14)가 구동되어 ΔI=Aㆍ│I11-I12│만큼 증가하게 된다.On the other hand, the current of the transistor M11 constituting the current mirror with the transistor M4 decreases, so that the transistor M10 connected to the transistor M11 flows less. As a result, the current flowing through the transistor M10 and the transistor M12 constituting the current mirror decreases, while the currents of the transistor M12 and the transistor M13 constituting the inverter are relatively increased with increasing current at the inverting input terminal. As a result, the transistor M14 is driven to increase by ΔI = A · I11-I12│.
또한, 상기 반전 입력단을 통해 흐르는 전류(I12)는 ΔI 만큼 더 흐르게 되고 이에 따라 트랜지스터(M3)와 전류미러를 형성하는 트랜지스터(M8)를 통하여 더 많은 전류가 흐르게 되어 증가한 전류는 트랜지스터(M9)와 전류미러를 구성하는 트랜지스터(M7)를 통해 더욱 많이 흐르게 된다. 따라서 용량성 부하(CL)에 충전되어 있는 전하가 급속히 트랜지스터(M7)을 통해 방전된다. 그 결과 슬루레이트가 증가하고 응답속도는 더 빠르게 된다.In addition, the current I12 flowing through the inverting input terminal flows as much as ΔI so that more current flows through the transistor M8 which forms the current mirror with the transistor M3, so that the increased current is increased with the transistor M9. More flows through the transistor M7 constituting the current mirror. Therefore, the charge charged in the capacitive load C L is rapidly discharged through the transistor M7. The result is increased slew rate and faster response.
제 4 도는 본 발명의 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기에 의하여 얻어진 시간 대 출력 전압의 특성 곡선도이다.4 is a characteristic curve of time versus output voltage obtained by the push-pull transconductance operational amplifier of the present invention.
제 4 도에 도시된 바와 같이, Vin+〉〉Vin-인 경우 출력 전압(Vout)이 3.0V까지 상승하기 까지는 약 0.1μsec가 소요된다. 이 시간은 종래의 연산증폭기에 있어서 소요되는 시간이 0.7μsec인 것과 비교해 볼때 상당히 빠른 시간내에 출력 전압의 상승이 이루어졌음을 알 수 있다.Fourth, as shown in Fig, Vin + Vin >> - if the output voltage (Vout) is takes about 0.1μsec until it rises to 3.0V. This time can be seen that the output voltage rises in a considerably fast time compared with the time required for the conventional operational amplifier is 0.7μsec.
결과적으로, Vin+〉〉Vin-일때는 트랜지스터(M6)가 용량성 부하(CL)에 전류를 공급하고, Vin+〈〈Vin-일때는 트랜지스터(M7)이 부하(CL)에 전류를 공급하게 되는 효과를 얻을 수 있다.As a result, Vin + Vin >> - when the transistor (M6) is a capacitive load to supply a current (C L), and Vin + Vin << - a transistor (M7) when the current in the load (C L) The effect of supplying can be obtained.
본 발명의 푸시-풀 트랜스 콘덕턴스 연산증폭기에 의하면 트랜지스터(M5, M3, M4)를 제외한 모든 트랜지스터들은 오프 상태에 있으며, 본 발명에 있어서는 제 1 및 제 2 가변 전류공급원의 구비에 따라 정전류원 트랜지스터(M5)는 종래에 비하여 더 작은 크기로 구성하는 것이 가능하므로, 정적상태에 있을 경우에는 소비전력이 적으며, 정상동작일때는 가변 전류공급원 트랜지스터(M14, M17)의 부가적인 전류 공급에 의해 출력 응답속도 및 슬루레이트를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.According to the push-pull transconductance operational amplifier of the present invention, all transistors except the transistors M5, M3, and M4 are in an off state, and in the present invention, the constant current source transistors are provided according to the provision of the first and second variable current sources. Since M5 can be configured to a smaller size than in the related art, power consumption is small when in a static state, and output by additional current supply of the variable current source transistors M14 and M17 in normal operation. There is an advantage that can increase the response speed and slew rate.
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KR1019920011579A KR940011025B1 (en) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | Push-pull trans conductance op amplifier |
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1992
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