JPH0210904A - Mos差動増幅回路 - Google Patents

Mos差動増幅回路

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JPH0210904A
JPH0210904A JP63161470A JP16147088A JPH0210904A JP H0210904 A JPH0210904 A JP H0210904A JP 63161470 A JP63161470 A JP 63161470A JP 16147088 A JP16147088 A JP 16147088A JP H0210904 A JPH0210904 A JP H0210904A
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differential
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voltage
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Yasunori Hara
靖典 原
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、MOS差動増幅回路に関し、特に同相入力電
圧範囲の広いMOS差動増幅回路に関する。
〔従来の技術〕
第2図従来例の第1の例を示す回路図でPチャネルMO
SFET入力型である。
第2図に示すPチャネルMOSFET入力型差動増幅回
路は、電源端子13,14.入力端子10゜11、出力
端子12.差動対を構成するPチャネルMOSFETM
20 、M21.能動狛荷としてのNチャネルMOSF
ETM22 、M23.電流源としてのPチャネルMO
SFETM26よシ差動増幅段を構成し、出力段を構成
するNチャネルMOSFETM24.その能動負荷とし
てのPチャネルMOSFETM25.バイアス回路を構
成する定電流源I3.PチャネルMOSFETM27と
からなる。C2は周波数補償用容量である。
PチャネルMOSFET入力型差動増幅回路は、同相入
力電圧が正側電源端子13の電源電圧へ近づくと、差動
対M20.M21及び電流源としてのM26が定電流値
での正常動作ができなくなる。
このため、同相入力電圧は、正側電源端子13の電源電
圧に対して、電流源としてのM26のドレイン・ノース
間飽和電圧VDSsatと差動対M20゜M21のケー
ト・ノース間電圧VCSとの和の電圧以上低いものとな
る。
同様に、第2図のPチャネルMOSFET入力型差動増
幅回路のトランジスタの極性を変えfcNチャネルMO
Sに″ET入力入力型差幅増幅回路示せず)では、今度
は、同相入力電圧の下限は負側電源端子14の電源電圧
に対して制限金受ける。
上述した同相入力電圧範囲が制限を受けるという欠点を
改善する為、第3図に示すような回路が、特願昭59−
228612号公報により示されている。
その回路構成は、電源端子23,24.入力端子20,
21.出力端子22.NチャネルMOSFETM37.
M2Sによυ構成された第1の差動対と能動負荷として
のPチャネルM08FETM39.M2O及び電流源と
してのNチャネルMOSFETM36からなる第1の差
動増幅回路と、P+ヤ$ルMOSFETM30 、M3
1により構成された第2の差動対と、電流源としてのP
チャネルMOSF’)!:TM45及びM2Oのドレイ
ンと、第1の差動増幅回路のMB2のドレインに接続さ
れたNチャネルMOSFETM32 、M33からなる
第1の電流ミラー回路と、MB2のドレインと第1の差
動増幅回路のM2Sのドレインに接続されたNチャネル
MOSFETM34 、M2Sからなる第2の電流ミラ
ー回路とからなる第2の差動増幅回路よりなる差動増幅
段とPチャネルMOSFETM41とM41にバイアス
を与える能動負荷としてのNチャネルMOSFETM4
2とからなる出力段、及びバイアス回路を構成する定電
流源I4.NチャネルMOSFETM43.Pチャネル
MOSFETM44よりなる。C3は周波数補償用容量
である。
第3図に示すような回路において、同相入力電圧が正側
電源端子23の電源電圧へ近づくと、M2O、MB2に
よυ構成される差動対からなる第2の差動増幅回路側は
、前述した同相入力電圧に制限を受けるが、MB2 、
M2Sにより構成される差動対からなる第1の差動増幅
回路側は、こうした制限を受けない。逆に同相入力電圧
が負側電源端子24の電源電圧に近づくと、M2O,M
B2により構成される差動対からなる第2の差動増幅回
路側は、同相入力電圧の制限を受けない。
従って、同相入力電圧範囲は、はぼ正側、負側の電源電
圧−杯となり、第2図に示すような回路における同相入
力電圧が制限を受けるという欠点が改善される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の同相入力電圧が制限を受けるという欠点
を改善する為の第3図に示すような回路は以下に述べる
ような欠点がある。
MOS差動増幅回路におけるオフセット電圧には、大別
12て製造上の原因により整合性が要求される素子に対
して、理想的には生じないはずのばスマッチが生じる事
によるものと、回路設計上の原因により、全ての素子が
理想的な場合でも生じるものの2通りがある。
ここでは、オフセット電圧について、後者のものだけを
考える事にし、以後単にオフセット電圧と記す。
第2図に示す回路において、オフセット電圧の発生する
原因は、一般にはM22とM2Sの各々のゲート・ソー
ス電圧は等しいが、ドレイン・ソース電圧が等しいとは
限らない為、M22とM2Sのドレイン電流が異なる事
による。しかしながらM24のゲート・ソース電圧がM
22.M2Sのゲート・ソース電圧に等しければ、M2
2とM2Sは、ゲート・ソース電圧、ドレイン・ソース
電圧が等しくなり、M22とM2Sのドレイン電流は等
しく、オフセット電圧は発生しない。したがって、トラ
ンジスタサイズを のゲート・ソース電圧をMB2とM2Oのゲート・ソー
ス電圧と等しくするよう、MB2(M40’)にはM3
7(M2S)のドレイン電流の他にMB2(M2S)の
ドレイン電流が流れる事に注意して、次式のようにトラ
ンジスタサイズ選べばオフセット電圧は無くせると考え
られる。
・・・・・・(1) と選ぶ事により、M22 、M2S 、M24のゲート
・ソース電圧を等しくでき、オフセット電圧を無くす事
ができる。
同様にして第3図に示す回路においては、M41・・・
・・・(2) しかし、同相入力電圧が正側電源端子23の電源電圧付
近では、M2O,M31よシ構成される第20差動対及
び電流源としてのM2Sが定電流値での正常動作をしな
くなるので、MB2(M2O)を流れる電流は、はとん
どM37 (M33 )のドレイン電流だけとなり、M
41を流れる電流は一定でおるのに対し、MB2 、M
2Oを流れる電流が変化するため、(2)式のようにト
ランジスタサイズを選んでも同相入力電圧が、正側電源
端子23の電源電圧付近では、MB2 、M2O、M4
1のゲート・ソース電圧が等しくならずオフセット電圧
が発生してしまうという欠点があった。
また、同相入力電圧が負側電源端子24の電源電圧付近
でも同様である。
本発明の目的は、各々極性の異なる第1.第2の差動増
幅回路の組み合せからなる差動段と差動段の能動負荷の
MOSFETに流れる電流を検出し、その電流値に比例
した電流でバイアスされたMOSF ETの出力段を設
けることにより、同相入力電圧範囲をほぼ正側、負側の
電源電圧−杯まで取ることができ、かつ同相入力電圧が
電源電圧付近でもオフセット電圧を発生しないMOS差
動増幅回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のMOS差動増幅回路はゲートが各々第1・第2
の入力端子に接続されfc2個の第1導電型のMOSF
ETにより構成された第1の差動対と、その共通ソース
と第2の電源端子間に設けられた第1の定電流源と、前
記第1の差動対を構成するMOSFETの各々のドレイ
ンと第1の電源端子間に設けられた電流ミラー形態の第
2導電型の2個の負荷MOSFETとからなる第1の差
動増幅回路と、ケートが各々前記第1・第2の入力端子
に接続された2個の第2導電型M OS F E Tに
より構成された第2の差動対と、その共通ソースと第1
の電源端子間に設けられた第2の定電流源と、前記第2
の差動対を構成する一方の第1のMOSFETのドレイ
ンと他方第2のMOSFE′Vとゲートが共通で、前記
第1の差動増幅回路の差動対を構成しているMOSFE
Tのドレインに接続された2個の第1導電型のM OS
 F E Tからなる第1の電流ミラー回路と前記第2
の差動対を構成する第2のMOSFETのドレインと前
記第2の差動対を構成する第1のMOSFETとゲート
が共通で、前記第1の差動増幅回路の差動対を構成する
MOSFETのドレインに接続された2個の第1導電型
MOSFETからなる第2の電流iラー回路よりなる第
2の差動増幅回路とからなる差動増幅段と、前記第1の
差動増幅回路の負荷MOSF’ETに流れる電流を検出
して、該電流値に比例した電流によりバイアスされた第
2導電型のMOSFETよりなる出力段とを含んで構成
される。
〔実施例〕
次に本発明について、図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の一実施例の等価回路図である。
第1図に示すMOS差動増幅回路は、入力端子1.2.
出力端子3.[原端子4.5.N+ヤネルMOSFET
M79M8により構成された第1の差動対と、能動負荷
としてのPチャネルMOSFETM9 、MI O及び
電流源■2よりなる第1の差動増幅回路と、Pチャネル
MOSFETMI。
M2により構成式れる第2の差動対と電流源11及びM
lのドレインと前記第1の差動増幅回路のM9のドレイ
ンに接続されたNチャネルMOSFETM3 、M4か
らなる第1の電流ミラー回路と、M2と、前記第1の差
動増幅回路のM8のドレインに接続されたNチャネルM
OSF’ETM5 、Al1から第2の電流ミラー回路
よりなる第2の差動増幅回路からなる差動増幅段と、前
記第1の差動増幅回路における能動負荷としてのM9と
第3の電流ミラー回路を構成するPチャネルMOSl(
ETMII、また、Mllのドレイン電流を入力電流と
する、NチャネルMOSFETM12.MI3からなる
第4の電流だラー回路と、前記第3.第4の電流ミラー
回路によりM9に流れる電流に比例した電流を折り返し
、前記第4の電流ミラー回路によりM9に流れる電流に
比例した電流でもってバイアスされている、Pチャネル
MOSLI″ETM14からなる出力段によυ構成され
る。C1は周波数補償用の容量である。
第1図に示すMOS差動増幅回路は第3図に示す従来の
同相入力電圧範囲の広いMOS差動増幅回路と同様に各
々極性の異なる第1及び第2の差動増幅回路の組み合せ
により差動段を構成しているので、同相入力電圧範囲は
、はぼ正側、負側の電源端子4,5の電源電圧−杯に取
る事ができる。
またオフセット電圧については、Ml4に流れる電流は
、M9に流れる電流に比例している為・・・・・・(3
) が成り立つようにトランジスタサイズを選べばM9 、
MI O、Ml 4のゲート・ソース電圧は等しくなり
、オフセット電圧は発生しない。
また、同相入力電圧が正側の電源端子4の電源電圧付近
で、Ml 、M2よりなる第10差動対及び電流源工1
が、定電流値での正常動作をしなくなり、M9.MIO
を流れる電流が変化しても、その変化を前記第3.第4
の電流ミラー回路で検出して、Ml4に流れる電流も変
化させ、Ml4には常にM9に流れる電流に比例した電
流が流れるので(3)式のようにトランジスタサイズを
選べば、同相入力電圧が正側の電源端子4の電源電圧付
近でも、M9 、MI O、Ml 4のゲート・ソース
電圧は等しくオフセット電圧は発生しない。
同様に同相入力電圧が負側の電源端子5の電源電圧付近
でもオフセット電圧は発生しない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、各々極性の異なる第1.
第2の差動増幅回路の組み合せからなる差動段と差動段
の能動負荷のMOSFETK流れる電流を検出し、その
電流値に比例した電流により出力段のMOSFETのバ
イアスを与える事によジ、同相入力電圧範囲をほぼ正側
、負側の電源電圧−杯まで取ることができ、かつ同相入
力電圧が電源電圧付近でもオフセット電圧を発生しない
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の等価回路図、第2図は従来
の第1の例を示す回路図、第3図は従来の第2の例を示
す回路図である。 !、2,10,11,20,21°°゛°°°入力端子
13.12.22・・・・・・出力端子、4,13.2
3・・・・・・正側電源端子、5,14.24・・・・
・・負側電源端子、 Ml 、M2 、M9〜Ml 1 、Ml 4 、ki
20 。 M21.M25〜M27 、M30 、M31 、M3
9〜M41 、M44 、M2S・・・・・・Pチャネ
ルMOSFET、M3〜M8 、Ml 2 、Ml 3
 、M22〜M24.M32〜M38 、M42 、M
43・・・・・・NチャネルMOSFET、I 1−I
4・・・・・・定電流源、C1〜C3・・・・・・容量
。 代理人 弁理士  内 原   音

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  ケートが各々第1・第2の入力端子に接続された2個
    の第1導電型のMOSFETにより構成された第1の差
    動対と前記第1の差動対の共通ソースと第2の電源端子
    間に設けられた第1の定電流源と前記第1の差動対を構
    成するMOSFETの各々のドレインと第1の電源端子
    間に設けられた電流ミラー形態の第2導電型の2個の負
    荷MOSFETとからなる第1の差動増幅回路と、ゲー
    トが各々前記第1・第2の入力端子に接続された2個の
    第2導電型のMOSFETにより構成された第2の差動
    対とその共通ソースと第1の電源端子間に設けられた第
    2の定電流源と前記第2の差動対を構成する一方の第1
    のMOSFETのドレインと、前記第2の差動対を構成
    する他方第2のMOSFETとゲートが共通な前記第1
    の差動増幅回路の差動対を構成しているMOSFETの
    ドレインに接続された2個の第1導電型MOSFETか
    らなる第1の電流ミラー回路と前記第2の差動対を構成
    する第2のMOSFETのドレインと前記第2の差動対
    を構成する第1のMOSFETのゲートが共通な前記第
    1の差動回路の差動対を構成しているMOSFETのド
    レインに接続された2個の第1導電型のMOSFETか
    らなる第2の電流ミラー回路からなる第2の差動増幅回
    路と、前記第1の差動増幅回路の負荷MOSFETに流
    れる電流を検出して該電流値に比例した電流によりバイ
    アスされ前記第1、第2の差動増幅回路の共通出力とゲ
    ートが接続されたソース接地型の第2導電型のMOSF
    ETとを含むことを特徴とするMOS差動増幅回路。
JP63161470A 1988-06-28 1988-06-28 Mos差動増幅回路 Expired - Lifetime JPH0682997B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03274912A (ja) * 1990-03-26 1991-12-05 Nec Corp 演算増幅器
US5856749A (en) * 1996-11-01 1999-01-05 Burr-Brown Corporation Stable output bias current circuitry and method for low-impedance CMOS output stage

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