JPH07183736A - 電子回路 - Google Patents

電子回路

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JPH07183736A
JPH07183736A JP32523293A JP32523293A JPH07183736A JP H07183736 A JPH07183736 A JP H07183736A JP 32523293 A JP32523293 A JP 32523293A JP 32523293 A JP32523293 A JP 32523293A JP H07183736 A JPH07183736 A JP H07183736A
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JP
Japan
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transistor
circuit
source
level shift
output
Prior art date
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JP32523293A
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English (en)
Inventor
Tetsuro Itakura
哲朗 板倉
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】出力電圧範囲が広く取れ、また、少ないチップ
面積の増加で出力インピーダンスの大きいカスコード回
路を含む電子回路を提供することを目的とする。 【構成】第1のトランジスタと、前記第1のトランジス
タのソースの電圧を所定の電圧だけシフトするレベルシ
フト回路と、前記レベルシフト回路の出力を入力とする
ソース接地型反転増幅回路とで構成され、前記ソース接
地反転増幅回路の出力により前記第1のトランジスタの
ゲートを制御することを特徴とする電子回路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子回路に係り、特にカ
スコード回路を含む電子回路において、出力電圧範囲を
広くする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来カスコード回路を含む電子回路にお
いては、その出力インピーダンスを大きくするために、
Eduard Sackinger et al.,"A High-Swing,High-Impeden
ce MOSCascode Circuit," IEEE Journal of Solid-Stat
e Circuits, vol.25, No.1, Feb., 1990 のFig.1 に示
されているように、カスコード用のトランジスタT2の
ソース電圧をトランジスタT3と電流源I1で構成され
るソース接地型反転増幅回路にて反転増幅してトランジ
スタT2のゲートを制御することで出力インピーダンス
を大きくしていた(従来例1)。
【0003】しかしながら、このような方法では、反転
増幅回路を構成しているトランジスタT3を正常に動作
させるためには、トランジスタT3のゲート電位でもあ
るトランジスタT2のソース電位をトランジスタT3の
スレッショルド電圧Vth以下に下げることはできない。
また、トランジスタT2が正常に動作するためのドレイ
ン・ソース電圧Vds(SAT) が必要である。よって、この
カスコード回路の出力電圧は、Vth+Vds(SAT) 以下に
下げることがでず、出力電圧範囲を制限していた。
【0004】また、同じアイデアでKlaas Bult et a
l.," The CMOS Gain-Boosting Technique," Analog Int
egrated Circuits and Signal Processing 1, Kluwer A
cademicPublishers, 1991 のFig.2 で示されているよう
に、反転増幅回路を従来のOP−Ampで構成すること
により、トランジスタT2のソース電位を下げることが
できる(従来例2)。しかるに、この方法では、カスコ
ード回路を構成するのにOP−Ampが必要となるた
め、素子数が増加してチップ面積が大きくなるという欠
点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように出力インピ
ーダンスをより大きくする従来のカスコード回路を含む
電子回路では、出力電圧範囲が制限されていたり、チッ
プ面積が大きくなるなどの問題点があった。
【0006】この発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
出力電圧範囲が広く取れ、また、少ないチップ面積の増
加で出力インピーダンスの大きいカスコード回路を含む
電子回路を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題点に鑑み、本
発明においては、MOSトランジスタのソース電極に生
ずる電圧を所定の電圧だけシフトするレベルシフト手段
と、前記レベルシフト手段の出力信号を入力とし、前記
MOSトランジスタの制御信号を出力するソース接地型
反転増幅回路とからなる電子回路を提供する。
【0008】また、本発明の別の局面においては、第1
のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソースの
電圧を所定の電圧だけシフトするレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路の出力を入力とするソース接地型
反転増幅回路とで構成され、前記ソース接地反転増幅回
路の出力により前記第1のトランジスタのゲートを制御
していることを特徴とするカスコード回路を含む電子回
路を提供する。
【0009】
【作用】上述の如く構成すれば、第1のトランジスタの
ソース電位を所定の電圧VLSだけレベルシフトしてソー
ス接地型反転増幅回路に印加しているので、ソース接地
型反転増幅回路に必要な入力バイアス電位より、レベル
シフトした電圧VLSだけ前記第1のトランジスタのソー
ス電位を下げることができる。レベルシフト回路では所
定の電圧VLSだけレベルシフトするだけで、レベルシフ
ト回路の入力である第1のトランジスタのソース電位の
変化分はそのまま伝達するので、出力インピーダンスを
大きくする作用には影響はない。
【0010】よって、従来の出力インピーダンスを大き
くするカスコード回路に比べ、出力インピーダンスを大
きくする作用に影響を与えることなく出力電圧範囲を電
圧VLS広げることができる。この構成では、反転増幅回
路にOP−Ampを用いていないので、素子数が大幅に
増加することもなく、よって、チップ面積の増加も少な
い。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例の図面に基づいて説明
する。図1は本発明が適用されたカスコード回路を含む
電子回路の第1実施例を示す構成図である。図示のよう
に、トランジスタT2のソースには電圧を所定の電圧V
LSだけシフトするレベルシフト回路LS1が接続され、
このレベルシフト回路LS1の出力をソース接地型反転
増幅回路A1で反転増幅してトランジスタT2のゲート
を制御するように構成される。このように構成すれば、
レベルシフト回路では所定の電圧VLSだけレベルシフト
するだけで、レベルシフト回路の入力であるトランジス
タT2のソース電位の変化分はそのまま伝達するので、
出力インピーダンスを大きくする作用には影響はない。
また、トランジスタT2のソース電位を電圧VLSだけレ
ベルシフトしているので、ソース接地型反転増幅回路に
必要な入力バイアス電位Vbより電圧VLSだけトランジ
スタT2のソース電位を下げることができる。よって、
従来の出力インピーダンスを大きくするカスコード回路
に比べ、出力インピーダンスを大きくする作用に影響を
与えることなく第1実施例のカスコード回路においては
出力の最低電位をVLSだけ下げることができる、つま
り、出力電圧範囲をVLSだけ広げることができる。
【0012】図2は、前記第1実施例のレベルシフト回
路LS1と反転増幅回路A1を具体的に示した例を示す
図である。ここで反転増幅回路A1は、ソース接地型反
転増幅回路でトランジスタT3と電流源I1で構成され
ている。またレベルシフト回路LS1は、電流源I2と
トランジスタT4、T5により構成されている。
【0013】ここでトランジスタT5のドレインはトラ
ンジスタT4のソースと接続され、また、トランジスタ
T5のゲートはトランジスタT4のゲートと共通接続さ
れている。このため、トランジスタT5は直線領域で動
作する。つまり、抵抗RT5として動作するので、トラ
ンジスタT5のドレイン−ソース間には、VLS=I2×
RT5の電圧が発生し、トランジスタT5のドレイン電
位はトランジスタT2のソース電位より電圧VLSだけ高
くレベルシフトされていることになる。よって、ソース
電位の変化分はレベルシフト回路を通してそのまま伝達
する。このソース電位の変化分がトランジスタT3と電
流源I1で構成された反転増幅回路を介してトランジス
タT2のゲートに印加されるので、出力インピーダンス
を大きくする作用には影響はない。この時、反転増幅回
路用トランジスタT3のゲートバイアス電圧Vgsはほ
ぼトランジスタのスレッショルド電圧に等しいが、トラ
ンジスタT2のソース電位はVgs−VLSとなり、従来
のレベルシフトのないカスコード回路に比べ、電圧VLS
下げることができる。よって、このカスコード回路の出
力の最低電位を電圧VLS下げることができ、この分だけ
出力電圧を広げることができる。
【0014】図2の実施例においては、レベルシフト回
路で抵抗として動作するトランジスタT5とトランジス
タT3のゲート容量によりトランジスタT2のソース電
位の変化分の高周波成分が減少するので、図3の点線で
接続を示したように容量CFをトランジスタT5のドレ
イン−ソース間に接続して、トランジスタT2のソース
電位の変化分の高周波成分の減少を低減することができ
る。またレベルシフト回路に用いた電流源I2による電
流オフセットを避けるため、図3の点線で接続を示した
ように電流源I3をトランジスタT5のソースに接続し
ても良い。
【0015】図2においてカスコード回路において電圧
入力の場合と電流入力の場合について、各々図4の
(a)と(b)に示した。図5に第1実施例のカスコー
ド回路をOP−Amp(演算増幅器)に適用した第1の
例を示す。
【0016】図5において、トランジスタMN1、MN
2及び電流源IA1は差動入力段を構成し、その差動出
力電流はトランジスタMP1とMP3、及びMP2とM
P4、及びMN3とMN4によるカレントミラーで折り
返され、図4(a)で示した本発明のカスコード回路C
S1及びCS2を介して出力される。この構成により、
従来例1のカスコード回路を適用した時に比べ、各々抵
抗として働くトランジスタMP6、MN6と電流源IA
5、IA3によるレベルシフト量分だけ、出力電圧範囲
を広げることができる。
【0017】また、トランジスタMP3とMP4のドレ
イン電圧の違いにより生ずる電流オフセットを低減する
ため、図6に示すようにカスコード回路CS3をトラン
ジスタMP3のドレイン側に設けてトランジスタMP3
とMP4のドレイン電圧を近づけることもできる。
【0018】図7に第1実施例のカスコード回路をフォ
ールディッド・カスコード型の演算増幅装置に適用した
第2の例を示す。図7において、トランジスタMN1、
MN2及び電流源IA1は差動入力段を構成し、その差
動出力電流は図4(b)で示した本発明のカスコード回
路CS2及びCS3で折り返される。カスコード回路C
S3の出力は、図4(a)で示した本発明のカスコード
回路CS1を出力に持つ、トランジスタMN3とMN4
で構成されるカレントミラーで折り返され、カスコード
回路CS2の出力と加算され出力される。この構成によ
り、従来例1のカスコード回路を適用した時に比べ、各
々抵抗として働くトランジスタMP6、MN6と電流源
IA5、IA3によるレベルシフト量分出力電圧範囲を
広げることができる。
【0019】なお、これまでの説明においては、MOS
トランジスタを用いたカスコード回路を含む電子回路の
構成について説明したが、バイポーラトランジスタを用
いて同様の電子回路を構成することが可能である。その
ような回路の構成例を図8に示す。ここでは電流源I2
の電流値と抵抗素子Rの抵抗値によりレベルシフト量を
制御して、レベルシフトを構成することができる。また
図2に示す構成と同様に、抵抗素子Rの両端に容量CF
を接続することにより、高周波特性を改善することも可
能である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、従来の出力インピ
ーダンスを大きくするカスコード回路を含む電子回路に
比べ、出力インピーダンスを大きくする作用に影響を与
えることなく出力電圧範囲をレベルシフト回路における
レベルシフト電圧分広げることができる。この構成で
は、反転増幅回路に演算増幅装置を用いていないので、
素子数が大幅に増加することもなく、よって、チップ面
積の増加も少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電子回路の第1実施例の構成図。
【図2】 第1実施例のレベルシフト回路と反転増幅回
路の具体的構成図。
【図3】 図2の変形的構成図。
【図4】 図2の構成の電子回路において電圧入力また
は電流入力の時の構成図。
【図5】 第1実施例の電子回路を演算増幅装置を適用
した第1の構成図。
【図6】 第1実施例の電子回路を演算増幅装置を適用
した第2の構成図。
【図7】 第1実施例の電子回路を演算増幅装置に適用
した第3の構成図。
【図8】 本発明の電子回路の別の実施例の構成図。
【符号の説明】
T1〜T5:トランジスタ。 CS1〜CS3:カスコード回路。 MN1〜MN8:Nチャネル・トランジスタ MP1〜MP12:Pチャネル・トランジスタ LS1:レベルシフト回路 A1:ソース接地反転増幅回路 I1〜I3:電流源 IA1〜IA8:電流源 CF:容量

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MOSトランジスタのソース電極に生ずる
    電圧を所定の電圧だけシフトするレベルシフト手段と、
    前記レベルシフト手段の出力信号を入力とし、前記MO
    Sトランジスタの制御信号を出力するソース接地型反転
    増幅回路とからなる電子回路。
  2. 【請求項2】第1のトランジスタと、前記第1のトラン
    ジスタのソースの電圧を所定の電圧だけシフトするレベ
    ルシフト回路と、前記レベルシフト回路の出力を入力と
    するソース接地型反転増幅回路とで構成され、前記ソー
    ス接地反転増幅回路の出力により前記第1のトランジス
    タのゲートを制御していることを特徴とするカスコード
    回路を含む電子回路。
  3. 【請求項3】前記レベルシフト回路は、第1のトランジ
    スタと同じ導電型でゲートとドレインが接続されている
    第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタのドレ
    インに電流を供給している第1の電流源と、ゲートが前
    記第2のトランジスタのゲートに接続され、また、ドレ
    インが前記第2のソースに接続されている第3のトラン
    ジスタより構成され、前記第3のトランジスタのソース
    がレベルシフト回路の入力となり前記第1のトランジス
    タのソースに接続され、前記第3のトランジスタのドレ
    インがレベルシフト回路の出力となっていることを特徴
    とする請求項2記載のカスコード回路を含む電子回路。
  4. 【請求項4】前記第3のトランジスタのドレイン・ソー
    ス間に容量が接続されていることを特徴とする請求項3
    記載のカスコード回路を含む電子回路。
  5. 【請求項5】前記第3のトランジスタのソースに所定の
    電流を供給する第2の電流源を有することを特徴とする
    請求項3記載のカスコード回路を含む電子回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008123624A1 (ja) * 2007-04-02 2008-10-16 Niigata Seimitsu Co., Ltd. 低雑音増幅器
JP2017108355A (ja) * 2015-12-11 2017-06-15 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 増幅回路及びボルテージレギュレータ

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