RU158424U1 - CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR - Google Patents

CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR Download PDF

Info

Publication number
RU158424U1
RU158424U1 RU2015133804/08U RU2015133804U RU158424U1 RU 158424 U1 RU158424 U1 RU 158424U1 RU 2015133804/08 U RU2015133804/08 U RU 2015133804/08U RU 2015133804 U RU2015133804 U RU 2015133804U RU 158424 U1 RU158424 U1 RU 158424U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drain
transistor
μοπ
input
mos transistor
Prior art date
Application number
RU2015133804/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Юрьевич Адамов
Юрий Федорович Адамов
Олег Анатольевич Сомов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз"
Priority to RU2015133804/08U priority Critical patent/RU158424U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU158424U1 publication Critical patent/RU158424U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

КМОП-дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления, включающий токостабилизирующий двухполюсник, включенный между общей шиной и объединенными истоками первого и второго входных Ν-ΜΟΠ транзисторов, затворы которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя, соответственно, причем сток первого (входного) Ν-ΜΟΠ транзистора соединен с истоком (выходного) Ν-ΜΟΠ транзистора, затвор которого соединен с затвором и стоком четвертого (нагрузочного) Р-МОП транзистора, сток подключен к стоку третьего (выходного) Р-МОП транзистора и выходу дифференциального усилителя; сток второго (входного) Ν-ΜΟΠ входного транзистора соединен с объединенными затвором и стоком четвертого Р-МОП транзистора и затвором третьего Р-МОП транзистора; истоки третьего и четвертого Р-МОП транзисторов подключены к шине питания, причем, изолирующие "карманы" всех МОП транзисторов подключены к истокам этих транзисторов, отличающийся тем, что в схему введены дополнительные элементы:- шестой (дополнительный) Р-МОП транзистор, соединенный затвором со стоком второго (входного) Ν-ΜΟΠ транзистора, истоком - с шиной положительного электропитания, а стоком - с объединенными истоками входных Ν-ΜΟΠ транзисторов;- седьмой (дополнительный) Ν-ΜΟΠ транзистор в диодном включении между стоками второго Ν-ΜΟΠ транзистора и четвертого Р-МОП транзистора.CMOS differential amplifier with increased gain, including a current-stabilizing two-terminal device connected between the common bus and the combined sources of the first and second input Ν-ΜΟΠ transistors, the gates of which are connected to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier, respectively, with the drain of the first (input) Ν- ΜΟΠ the transistor is connected to the source of the (output) Ν-ΜΟΠ transistor, the gate of which is connected to the gate and drain of the fourth (load) R-MOS transistor, the drain is connected to the drain the third (output) R-MOS transistor and the output of the differential amplifier; the drain of the second (input) Ν-ΜΟΠ input transistor is connected to the combined gate and drain of the fourth R-MOS transistor and the gate of the third R-MOS transistor; the sources of the third and fourth R-MOS transistors are connected to the power bus, and the insulating "pockets" of all MOS transistors are connected to the sources of these transistors, characterized in that additional elements are introduced into the circuit: - the sixth (optional) R-MOS transistor connected by a gate with the drain of the second (input) Ν-ΜΟΠ transistor, the source with the bus of positive power supply, and the drain with the combined sources of the input Ν-ΜΟΠ transistors; - the seventh (optional) Ν-ΜΟΠ transistor in the diode connection between the drains of the second Ν-ΜΟΠ t a transistor and a fourth R-MOS transistor.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и электроники. В частности, к интегральным микросхемам на основе технологии КМОП, и может быть использована в качестве устройства усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, в операционных усилителях (ОУ), компараторах).The utility model relates to the field of radio engineering and electronics. In particular, to integrated circuits based on CMOS technology, and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, in operational amplifiers (op amps), comparators).

Задачей настоящей полезной модели является увеличение коэффициента усиления по напряжению КМОП-дифференциального усилителя путем включения дополнительного усилительного транзистора в схему усилителя. Технический результат состоит в увеличении коэффициента усиления дифференциального усилительного каскада примерно в 5 раз без ухудшения его частотных характеристик. Согласно полезной модели, этот технический результат достигается за счет того, что дополнительный усилительный транзистор модулирует ток дифференциального каскада. Симметричное включение транзисторов в схеме обеспечивает пониженное напряжение смещения нуля дифференциального сигнала.The objective of this utility model is to increase the voltage gain of a CMOS differential amplifier by including an additional amplifier transistor in the amplifier circuit. The technical result consists in increasing the gain of the differential amplifier stage by about 5 times without compromising its frequency characteristics. According to a utility model, this technical result is achieved due to the fact that an additional amplifying transistor modulates the current of the differential stage. The symmetric inclusion of transistors in the circuit provides a reduced zero-bias voltage of the differential signal.

Известны изобретения RU 2469467 (2011 г.), RU 2455758 (2011 г.), RU 2463703 (2011 г.), которые содержат ряд технических решений для увеличения коэффициента усиления дифференциальных усилителей. При этом повышение коэффициента усиления КМОП усилительных каскадов обычно достигается увеличением длины затворов МОП транзисторов или использованием последовательного (каскодного) включения усилительных транзисторов. Однако при увеличении длины затворов снижается быстродействие усилителя, а каскодное включение транзисторов увеличивает минимальное напряжение питания и требует введения в схему дополнительного блока опорного напряжения.Known inventions RU 2469467 (2011), RU 2455758 (2011), RU 2463703 (2011), which contain a number of technical solutions to increase the gain of differential amplifiers. In this case, an increase in the gain of the CMOS amplification stages is usually achieved by increasing the gate length of the MOS transistors or by using a series (cascode) switching on of the amplifying transistors. However, with an increase in the length of the gates, the performance of the amplifier decreases, and the cascode inclusion of transistors increases the minimum supply voltage and requires the introduction of an additional reference voltage block into the circuit.

Наиболее близким по технической сущности прототипом предлагаемой полезной модели можно считать техническое решение (фиг. 1), описанное в полезной модели RU 132651.The closest in technical essence to the prototype of the proposed utility model can be considered the technical solution (Fig. 1) described in the utility model RU 132651.

Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение коэффициента усиления по напряжению однокаскадного КМОП-дифференциального усилителя. Технический результат, позволяющий достичь поставленной задачи, состоит в увеличении коэффициента усиления дифференциального усилительного каскада в 5÷6 раз без ухудшения его частотных характеристик путем включения дополнительного усилительного P-МОП транзистора, модулирующего ток дифференциального каскада, и дополнительного компенсирующего N-МОП транзистора, снижающего напряжение смещения нуля входного дифференциального сигнала за счет выравнивания напряжений на стоках входных МОП транзисторов.The objective of the proposed utility model is to increase the voltage gain of a single-stage CMOS differential amplifier. The technical result, which allows to achieve the task, consists in increasing the gain of the differential amplifier stage by 5–6 times without degrading its frequency characteristics by turning on an additional amplifying P-MOS transistor modulating the current of the differential cascade, and an additional compensating N-MOS transistor reducing voltage zero offset of the input differential signal due to voltage equalization at the drains of the input MOS transistors.

Согласно предлагаемой полезной модели, этот технический результат достигается за счет того, что в КМОП-дифференциальный каскад (фиг. 1), содержащий токостабилизирующий двухполюсник 1, включенный между общей шиной 2 и объединенными истоками первого 3 и второго 4 входных N-МОП транзисторов, затворы которых соединены с инвертирующим 5 и неинвертирующим 6 входами дифференциального усилителя, соответственно, причем, сток первого (входного) N-МОП транзистора 3 соединен с истоком (выходного) N-МОП транзистора 11, затвор которого соединен с затвором и стоком четвертого (нагрузочного) P-МОП транзистора, сток подключен к стоку третьего (выходного) P-МОП транзистора 7 и выходу дифференциального усилителя 8; сток второго (входного) N-МОП входного транзистора 4 соединен с объединенными затвором и стоком четвертого P-МОП транзистора 9 и затвором третьего P-МОП транзистора 7; истоки третьего 7 и четвертого 9 P-МОП транзисторов подключены к шине питания 10, причем, изолирующие «карманы» всех МОП транзисторов подключены к истокам этих транзисторов, введены дополнительные элементы (фиг. 2):According to the proposed utility model, this technical result is achieved due to the fact that in the CMOS differential cascade (Fig. 1) containing a current-stabilizing two-terminal 1 connected between the common bus 2 and the combined sources of the first 3 and second 4 input N-MOS transistors, the gates which are connected to the inverting 5 and non-inverting 6 inputs of the differential amplifier, respectively, moreover, the drain of the first (input) N-MOS transistor 3 is connected to the source of the (output) N-MOS transistor 11, the gate of which is connected to the gate and fourth eye (load) P-MOS transistor, a drain connected to the drain of the third (output) P-MOS transistor 7 and the output of the differential amplifier 8; the drain of the second (input) N-MOS input transistor 4 is connected to the combined gate and drain of the fourth P-MOS transistor 9 and the gate of the third P-MOS transistor 7; the sources of the third 7 and fourth 9 P-MOS transistors are connected to the power bus 10, moreover, the insulating “pockets” of all MOS transistors are connected to the sources of these transistors, additional elements are introduced (Fig. 2):

- шестой (дополнительный) P-МОП транзистор 12, соединенный затвором со стоком второго входного N-МОП транзистора, истоком - с шиной положительного электропитания, а стоком - с объединенными истоками входных N-МОП транзисторов 3, 4;- the sixth (optional) P-MOS transistor 12 connected by a gate to the drain of the second input N-MOS transistor, the source to the bus of positive power supply, and the drain to the combined sources of the input N-MOS transistors 3, 4;

- седьмой (дополнительный) N-МОП транзистор 13 (фиг. 3) в диодном включении между стоками второго входного N-МОП транзистора 4 и четвертого P-МОП транзистора 9.- the seventh (optional) N-MOS transistor 13 (Fig. 3) in the diode connection between the drains of the second input N-MOS transistor 4 and the fourth P-MOS transistor 9.

На фиг. 1 представлена схема дифференциального усилителя, выбранного в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.In FIG. 1 shows a diagram of a differential amplifier selected as a prototype of the proposed utility model.

На фиг. 2 представлена схема КМОП-дифференциального усилителя с дополнительным P-МОП усилительным транзистором.In FIG. 2 is a diagram of a CMOS differential amplifier with an additional P-MOS amplifier transistor.

На фиг. 3 представлена схема КМОП-дифференциального усилителя с дополнительными: P-МОП усилительным и N-МОП симметрирующим транзисторами.In FIG. 3 shows a diagram of a CMOS differential amplifier with additional: P-MOS amplifying and N-MOS balancing transistors.

На фиг. 4 приведены частотные зависимости коэффициента усиления по напряжению для прототипа и предлагаемой полезной модели.In FIG. 4 shows the frequency dependence of the voltage gain for the prototype and the proposed utility model.

Реализация полезной модели заключается в следующем. КМОП-дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления (фиг. 2), включающий, токостабилизирующий двухполюсник 1, включенный между общей шиной 2 и объединенными истоками первого 3 и второго 4 входных N-МОП транзисторов, затворы которых соединены с инвертирующим 5 и неинвертирующим 6 входами дифференциального усилителя, соответственно, причем, сток первого (входного) N-МОП транзистора 3 соединен с истоком (выходного) N-МОП транзистора 11, затвор которого соединен с затвором и стоком четвертого (нагрузочного) P-МОП транзистора, сток подключен к стоку третьего (выходного) P-МОП транзистора 7 и выходу дифференциального усилителя 8; сток второго (входного) N-МОП входного транзистора 4 соединен с объединенными затвором и стоком четвертого Р-МОП транзистора 9 и затвором третьего P-МОП транзистора 7; истоки третьего 7 и четвертого 9 P-МОП транзисторов подключены к шине питания 10, причем, изолирующие «карманы» всех МОП транзисторов подключены к истокам этих транзисторов, содержит дополнительные элементы:The implementation of the utility model is as follows. CMOS differential amplifier with increased gain (Fig. 2), including a current-stabilizing two-terminal 1 connected between a common bus 2 and the combined sources of the first 3 and second 4 input N-MOS transistors, the gates of which are connected to the inverting 5 and non-inverting 6 inputs of the differential amplifier, respectively, moreover, the drain of the first (input) N-MOS transistor 3 is connected to the source of the (output) N-MOS transistor 11, the gate of which is connected to the gate and drain of the fourth (load) P-MOS transistor, the drain under connected to the drain of the third (output) P-MOS transistor 7 and the output of the differential amplifier 8; the drain of the second (input) N-MOS input transistor 4 is connected to the combined gate and drain of the fourth R-MOS transistor 9 and the gate of the third P-MOS transistor 7; the sources of the third 7 and fourth 9 P-MOS transistors are connected to the power bus 10, and the insulating “pockets” of all MOS transistors are connected to the sources of these transistors, contains additional elements:

- шестой (дополнительный) P-МОП транзистор 12, соединенный затвором со стоком второго входного N-МОП транзистора 4, истоком - с шиной положительного электропитания 10, а стоком - с объединенными истоками входных N-МОП транзисторов 3, 4;- the sixth (optional) P-MOS transistor 12 connected by a gate to the drain of the second input N-MOS transistor 4, the source to the bus of positive power supply 10, and the drain to the combined sources of the input N-MOS transistors 3, 4;

- седьмой (дополнительный) N-МОП транзистор 13 в диодном включении между стоками второго N-МОП транзистора 4 и четвертого P-МОП транзистора 9.- the seventh (optional) N-MOS transistor 13 in the diode connection between the drains of the second N-MOS transistor 4 and the fourth P-MOS transistor 9.

Технический результат достигается за счет того, что: седьмой (дополнительный) симметрирующий N-МОП транзистор 13 снижает напряжение смещения нуля за счет выравнивания напряжений на стоках входных N-МОП транзисторов 3, 4 дифференциального усилителя; ток стока шестого (дополнительного) P-МОП транзистора 12 синхронно модулирует весь ток дифференциального усилительного каскада. Общий коэффициент усиления дифференциального усилителя возрастает благодаря совместному действию снижения смещения нуля и синхронной модуляции тока всего каскада.The technical result is achieved due to the fact that: the seventh (additional) balancing N-MOS transistor 13 reduces the bias voltage due to the equalization of the voltages at the drains of the input N-MOS transistors 3, 4 of the differential amplifier; the drain current of the sixth (optional) P-MOS transistor 12 synchronously modulates the entire current of the differential amplifier stage. The overall gain of the differential amplifier increases due to the combined effect of reducing the zero offset and synchronous modulation of the current of the entire cascade.

На фиг. 4 представлены частотные зависимости коэффициента усиления, полученные при моделировании, для предлагаемой полезной модели и технического решения, выбранного в качестве прототипа. По приведенным графикам можно судить о том, что коэффициент усиления по напряжению предлагаемой полезной модели увеличивается не менее чем в четыре раза в сравнении с коэффициентом усиления прототипа. Таким образом, предлагаемое схемотехническое решение полезной модели демонстрирует преимущество по коэффициенту усиления по напряжению в сравнении с известным дифференциальным усилителем.In FIG. 4 shows the frequency dependence of the gain obtained by modeling for the proposed utility model and technical solution, selected as a prototype. According to the graphs, it can be judged that the voltage gain of the proposed utility model increases by at least four times in comparison with the gain of the prototype. Thus, the proposed circuitry solution of the utility model demonstrates an advantage in voltage gain in comparison with the known differential amplifier.

Реализуемость полезной модели подтверждается результатами моделирования с использованием лицензированных средств САПР фирмы Cadence Microsystems.The feasibility of the utility model is confirmed by simulation results using licensed CAD tools from Cadence Microsystems.

Используемая литература:Used Books:

[1] Ракитин В.В. Интегральные схемы на КМОП-транзисторах. Учебное пособие - М.: МФТИ. - 2007 - 308 с.[1] Rakitin V.V. Integrated circuits on CMOS transistors. Textbook - M.: MIPT. - 2007 - 308 s.

[2] Патент на полезную модель RU №132651 «КМОП-дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления»[2] Patent for utility model RU No. 132651 "CMOS differential amplifier with high gain"

[3] Эннс В.И., Кобзев Ю.М. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем. Краткий справочник разработчика / Под редакцией канд. техн. наук В.И. Эннса. - М.: Горячая линия - Телеком. - 2005. - 454 с: ил.[3] Anns V.I., Kobzev Yu.M. Designing analog CMOS chips. Developer Quick Reference / Edited by Ph.D. tech. sciences V.I. Anns. - M .: Hot line - Telecom. - 2005 .-- 454 s: ill.

Claims (1)

КМОП-дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления, включающий токостабилизирующий двухполюсник, включенный между общей шиной и объединенными истоками первого и второго входных Ν-ΜΟΠ транзисторов, затворы которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя, соответственно, причем сток первого (входного) Ν-ΜΟΠ транзистора соединен с истоком (выходного) Ν-ΜΟΠ транзистора, затвор которого соединен с затвором и стоком четвертого (нагрузочного) Р-МОП транзистора, сток подключен к стоку третьего (выходного) Р-МОП транзистора и выходу дифференциального усилителя; сток второго (входного) Ν-ΜΟΠ входного транзистора соединен с объединенными затвором и стоком четвертого Р-МОП транзистора и затвором третьего Р-МОП транзистора; истоки третьего и четвертого Р-МОП транзисторов подключены к шине питания, причем, изолирующие "карманы" всех МОП транзисторов подключены к истокам этих транзисторов, отличающийся тем, что в схему введены дополнительные элементы:CMOS differential amplifier with increased gain, including a current-stabilizing two-terminal device connected between the common bus and the combined sources of the first and second input Ν-ΜΟΠ transistors, the gates of which are connected to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier, respectively, with the drain of the first (input) Ν- ΜΟΠ the transistor is connected to the source of the (output) Ν-ΜΟΠ transistor, the gate of which is connected to the gate and drain of the fourth (load) R-MOS transistor, the drain is connected to the drain the third (output) R-MOS transistor and the output of the differential amplifier; the drain of the second (input) Ν-ΜΟΠ input transistor is connected to the combined gate and drain of the fourth R-MOS transistor and the gate of the third R-MOS transistor; the sources of the third and fourth R-MOS transistors are connected to the power bus, and the insulating "pockets" of all MOS transistors are connected to the sources of these transistors, characterized in that additional elements are introduced into the circuit: - шестой (дополнительный) Р-МОП транзистор, соединенный затвором со стоком второго (входного) Ν-ΜΟΠ транзистора, истоком - с шиной положительного электропитания, а стоком - с объединенными истоками входных Ν-ΜΟΠ транзисторов;- the sixth (optional) R-MOS transistor connected by a gate to the drain of the second (input) Ν-ΜΟΠ transistor, the source to the bus of positive power supply, and the drain to the combined sources of the input Ν-ΜΟΠ transistors; - седьмой (дополнительный) Ν-ΜΟΠ транзистор в диодном включении между стоками второго Ν-ΜΟΠ транзистора и четвертого Р-МОП транзистора.
Figure 00000001
- the seventh (optional) Ν-ΜΟΠ transistor in the diode connection between the drains of the second Ν-ΜΟΠ transistor and the fourth R-MOS transistor.
Figure 00000001
RU2015133804/08U 2015-08-13 2015-08-13 CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR RU158424U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133804/08U RU158424U1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133804/08U RU158424U1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU158424U1 true RU158424U1 (en) 2015-12-27

Family

ID=55023779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015133804/08U RU158424U1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU158424U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3113359B1 (en) Amplifier arrangement
KR101531887B1 (en) A negative level shifter
US7295067B2 (en) Current source circuit and differential amplifier
JP2010258577A (en) Interpolating a/d converter
US8217721B1 (en) Slew rate enhancing circuit
US9369098B2 (en) Inverting amplifier
US8604878B2 (en) Folded cascode amplifier with an enhanced slew rate
RU158424U1 (en) CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR
KR20150089941A (en) Reference voltage circuit
KR102304514B1 (en) Amplifier circuit
US9755588B2 (en) Signal output circuit
US8928409B1 (en) Trans-capacitance amplifier with picoAmperes input biasing and large output swing
JP6949463B2 (en) Single differential conversion circuit
US10622950B2 (en) Amplifier arrangement and switched capacitor integrator
RU132651U1 (en) CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR
Promee et al. CMOS wide-range four-quadrant analog multiplier circuit
KR101783490B1 (en) Outputting circuit
KR100669074B1 (en) Differential amplifier using clamping circuit
RU139042U1 (en) DIFFERENTIAL CMOS AMPLIFIER
KR20110006329U (en) Analog multiplier
JP2015220689A (en) Differential amplifier circuit
RU158710U1 (en) DIFFERENTIAL AMPLIFICATION INPUT CASCADE FOR LOW VOLTAGE CIRCUITS
RU158126U1 (en) LOW VOLTAGE CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER
US9608607B2 (en) Speed booster for comparator
RU2543313C2 (en) Current mirror with lower output voltage

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160301