RU158424U1 - CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR - Google Patents
CMOS DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH INCREASED AMPLIFICATION FACTOR Download PDFInfo
- 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
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-
- 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-
- 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-
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-
- 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-
- 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-
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-
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)
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) |
-
2015
- 2015-08-13 RU RU2015133804/08U patent/RU158424U1/en not_active IP Right Cessation
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 |