JPH07183742A - Voltage-current conversion circuit - Google Patents
Voltage-current conversion circuitInfo
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- JPH07183742A JPH07183742A JP32358893A JP32358893A JPH07183742A JP H07183742 A JPH07183742 A JP H07183742A JP 32358893 A JP32358893 A JP 32358893A JP 32358893 A JP32358893 A JP 32358893A JP H07183742 A JPH07183742 A JP H07183742A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電圧電流変換回路に関
し、特に半導体集積回路チップ上に形成された電界効果
MOSトランジスタを用いたバラツキを少くしたMOS
差動電圧電流変換回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage-current conversion circuit, and more particularly to a MOS with reduced variation using field effect MOS transistors formed on a semiconductor integrated circuit chip.
The present invention relates to a differential voltage / current conversion circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のMOS差動電圧電流変換回路につ
いて、その構成と動作を図面を用いて説明する。2. Description of the Related Art The structure and operation of a conventional MOS differential voltage-current conversion circuit will be described with reference to the drawings.
【0003】図5は、第1の従来例の回路構成の一例を
示す。図5中のN1 N2 はそれぞれ第1、第2の差動N
MOSトランジスタを、V1 、V2 はそれぞれ第1、第
2の入力端子を表している。また、2I0 は差動電圧電
流変換回路の電流増幅率を設定するソース抵抗を、
I01、I02はそれぞれ第1、第2の定電流源を表し、定
電流I00及び差動出力電流△I3 を式(1)のように定
義する。FIG. 5 shows an example of a circuit configuration of a first conventional example. In FIG. 5, N 1 and N 2 are the first and second differential N, respectively.
In the MOS transistors, V 1 and V 2 represent the first and second input terminals, respectively. 2I 0 is a source resistance that sets the current amplification factor of the differential voltage-current conversion circuit,
I 01 and I 02 represent the first and second constant current sources, respectively, and the constant current I 00 and the differential output current ΔI 3 are defined as in equation (1).
【0004】この回路構成における入出力特性を図6
(a)および式(2)に示す、また図6(a)上で差動
入力電圧が0となり電流増幅率gmが最大値gmmax
をとる(式(3)参照)点での接線を求め、上記接線と
入出力特性曲線との差より求められる非直線性Eを図6
(b)および式(4)に示す(定義する)。The input / output characteristics of this circuit configuration are shown in FIG.
6A, the differential input voltage becomes 0 in FIG. 6A, and the current amplification factor gm is the maximum value gmmax.
The tangent line at the point of taking the value
Shown (defined) in (b) and equation (4).
【0005】 [0005]
【0006】 [0006]
【0007】ここで6(a)及び(b)上に示す数値は
I00=1(mA)、β=1x10-3(A/V2 )、R0
=1(kΩ)とした場合のものである。The numerical values shown in 6 (a) and (b) above are I 00 = 1 (mA), β = 1 × 10 -3 (A / V 2 ), R 0
= 1 (kΩ).
【0008】図6(a)および(b)より、差動入力電
圧△V3 が増加し第1、第2のMOSトランジスタ
N1 、N2 のドレイン電流差△I3 が増加するにつれ
て、非直線性の絶対値も増加していることがわかる。こ
れはMOSのID −VGS特性においてMOSトランジス
タのゲート、ソース間電圧VGSに対しドレイン電流ID
の変化が比例しないため、式(2)のように電流増幅率
設定抵抗の両端の電圧、つまり第1、第2のMOSトラ
ンジスタN1 、N2 の差動出力電流I3 =I1 −I2と
差動入力電圧△V3 =V1 −V2 とが比例しないために
生じる現象である。From FIGS. 6A and 6B, as the differential input voltage ΔV 3 increases and the drain current difference ΔI 3 between the first and second MOS transistors N 1 and N 2 increases, It can be seen that the absolute value of linearity is also increasing. In the MOS I D -V GS characteristic, this is the drain current I D for the gate-source voltage V GS of the MOS transistor.
Is not proportional to each other, the voltage across the current amplification factor setting resistor, that is, the differential output currents I 3 = I 1 −I of the first and second MOS transistors N 1 and N 2 is expressed by the equation (2). This is a phenomenon that occurs because 2 is not proportional to the differential input voltage ΔV 3 = V 1 −V 2 .
【0009】図7は、第2の従来例の回路構成図であ
る。図7中のN1 、N2 はそれぞれ第1、第2の差動N
MOSトランジスタを、V1 、V2 はそれぞれ第1、第
2の入力端子を表している。また、R01、R02はそれぞ
れ差動電圧電流変換回路の電流増幅率を設定する第1、
第2のソース抵抗を、I0 は定電流源を表し、ソース抵
抗R00差動出力電流△I4 を式(5)のように定義す
る。FIG. 7 is a circuit diagram of the second conventional example. N 1 and N 2 in FIG. 7 are the first and second differential N, respectively.
In the MOS transistors, V 1 and V 2 represent the first and second input terminals, respectively. Further, R 01 and R 02 are the first and the first, respectively, which set the current amplification factor of the differential voltage-current conversion circuit.
In the second source resistance, I 0 represents a constant current source, and the source resistance R 00 differential output current ΔI 4 is defined as in Expression (5).
【0010】この回路構成における入出力特性を図8
(a)および式(6)に、また図8(a)上で、先に説
明した第1の従来例と同様に非直線性Eを定義し図8
(b)および式(8)に示す。The input / output characteristics of this circuit configuration are shown in FIG.
8 (a) and equation (6), and in FIG. 8 (a), the non-linearity E is defined as in the first conventional example described above.
It shows in (b) and Formula (8).
【0011】 [0011]
【0012】 [0012]
【0013】ここで図8(a)及び(b)上に示す数値
はI0 =1(mA)、β=1x10-3(A/V2 )、R
00=1(kΩ)とした場合のものである。Numerical values shown in FIGS. 8A and 8B are I 0 = 1 (mA), β = 1 × 10 -3 (A / V 2 ), R
This is the case where 00 = 1 (kΩ).
【0014】図8(a)及び(b)より、差動入力電圧
△V4 が増加し第1、第2のMOSトランジスタN1 、
N2 のドレイン電流差△I4 が増加するにつれて、非直
線性の絶縁値も増加していることがわかる。これは第1
の従来例と同様にMOSのID −VGS特性においてMO
Sトランジスタのゲート、ソース感電圧VGSに対しドレ
イン電流ID の変化が比例しないため、(5)式のよう
に電流増幅率設定抵抗の両端の電圧、つまり第1、第2
のMOSトランジスタの差動出力電流△I1 =I1 −I
2 と差動入力電圧△V4 =V1 −V2 とが比例しないた
めに生じる現象である。From FIGS. 8A and 8B, the differential input voltage ΔV 4 increases and the first and second MOS transistors N 1 ,
It can be seen that as the drain current difference ΔI 4 of N 2 increases, the non-linear insulation value also increases. This is the first
MO in the MOS of the I D -V GS characteristics as in the conventional example
Since the change in the drain current I D is not proportional to the gate-source sense voltage V GS of the S-transistor, the voltage across the current amplification factor setting resistor, that is, the first and the second, is given by the equation (5).
Differential output current of the MOS transistor ΔI 1 = I 1 −I
This is a phenomenon that occurs because 2 is not proportional to the differential input voltage ΔV 4 = V 1 −V 2 .
【0015】図9に第3の従来例の回路構成の一例を示
す。これは、特開昭57−46161号公報にも記載さ
れている。この回路では、差動増幅回路Dと2出力を有
するバイポーラカレントミラー回路C1 、C2 との組み
合わせにより、作動増幅回路の非直線性を減少させるこ
とが可能である。また、カレントミラー回路および定電
流源を理想的なものとすればその入出力特性は図10
(a)および式(11)となり、非直線性は図10
(b)および式(12)となる。FIG. 9 shows an example of the circuit configuration of the third conventional example. This is also described in JP-A-57-46161. In this circuit, it is possible to reduce the non-linearity of the differential amplifier circuit by combining the differential amplifier circuit D and the bipolar current mirror circuits C 1 and C 2 having two outputs. Moreover, if the current mirror circuit and the constant current source are idealized, the input / output characteristics thereof are shown in FIG.
(A) and equation (11) are given, and the nonlinearity is shown in FIG.
(B) and equation (12) are obtained.
【0016】しかし、その電流を外部に取り出すために
は例えばバイポーラカレントミラー回路の出力側トラン
ジスタをもう1つ付け加える等、新たな回路を付加する
ことが必要である。しかも、それらは信号が入力され流
れる電流が変化すると非直線性が変化するので式(1
2)で求められた値より増加し、直線性の改善効果が弱
められる。また、図10(a)および(b)の様に、非
直線性を減少させることができる差動電流の範囲は定電
流I0 の1/3の範囲であり、第1及び第2の従来例と
同等の出力を得るためには定電流I0 の値を3倍にする
必要がある。However, in order to take out the current to the outside, it is necessary to add a new circuit such as adding another output side transistor of the bipolar current mirror circuit. Moreover, since the non-linearity changes when a signal is input and the flowing current changes, the formula (1
It increases from the value obtained in 2), and the effect of improving linearity is weakened. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the range of the differential current that can reduce the non-linearity is a range of 1/3 of the constant current I 0. In order to obtain an output equivalent to that of the example, it is necessary to triple the value of the constant current I 0 .
【0017】また、バイポーラカレントミラー回路のト
ランジスタと差動MOSトランジスタに流れる電流が相
互関係を持っているので、トランジスタの大きさ等を独
立には設計しにくいことになる。Further, since the currents flowing through the transistors of the bipolar current mirror circuit and the differential MOS transistors have a mutual relationship, it is difficult to design the size of the transistors independently.
【0018】 [0018]
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】上述した第1、第2の
従来例のMOS差動電圧電流変換回路においては、差動
入力電圧が増加し第1、第2のMOSトランジスタの差
動出力電流が増加するにつれて、入出力特性の直線性の
悪化やダイナミックレンジの減少という問題があった、
また、MOSトランジスタの諸得性(Id −Vgs特性の
非直線性や相互コンダクタンスβのばらつき、バックゲ
ート効果によるスレッショルド電圧VTの変動、短チャ
ネル効果等によるMOS飽和領域でのId −Vds特性の
変動)の影響による非直線性の増加の問題もあった。In the above-described first and second conventional MOS differential voltage / current conversion circuits, the differential input voltage increases and the differential output currents of the first and second MOS transistors increase. There was a problem that the linearity of the input / output characteristics deteriorated and the dynamic range decreased as the
Further, various characteristics of the MOS transistor (non-linearity of I d -V gs characteristics, variation of mutual conductance β, fluctuation of threshold voltage VT due to back gate effect, I d -V in MOS saturation region due to short channel effect, etc. There was also the problem of increased nonlinearity due to the influence of ds characteristic fluctuation).
【0020】また、第3の従来例では、差動増幅回路と
2出力を有するバイポーラプロセスを用いたカレントミ
ラー回路との組み合わせにより、差動増幅回路の非直線
性を減少させることが可能であるが、その電流を外部に
取り出すためには新たな回路を付加することが必要であ
り、直線性の改善効果を弱めることになる。また、差動
電流出力の振幅の最大でも定電流源の電流値I0 の1/
3しかとることができず、第1及び第2の従来例と同等
の出力を得るためには定電流I0 の値を3倍にする必要
があり消費電流を抑えにくい。また、バイポーラプロセ
スとMOSプロセスを用いるためコストダウンを行いに
くいという問題があった。Further, in the third conventional example, it is possible to reduce the non-linearity of the differential amplifier circuit by combining the differential amplifier circuit and the current mirror circuit using a bipolar process having two outputs. However, in order to take out the current to the outside, it is necessary to add a new circuit, which weakens the effect of improving the linearity. Further, even if the amplitude of the differential current output is the maximum, 1 / of the current value I 0 of the constant current source
Since it is possible to obtain only three, it is necessary to triple the value of the constant current I 0 in order to obtain an output equivalent to that of the first and second conventional examples, and it is difficult to suppress the current consumption. Further, there is a problem that it is difficult to reduce the cost because the bipolar process and the MOS process are used.
【0021】したがって、本発明の目的は、入力電圧に
対する出力電流の直線性をさらに改善させる電圧電流変
換回路を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a voltage-current conversion circuit that further improves the linearity of the output current with respect to the input voltage.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明の電圧電流変換回
路は、第1及び第2の入力端子、第1及び第2の出力端
子を有する電圧電流変換回路において、ソースが抵抗部
を介して互いに接続された第1及び第2のトランジスタ
であって、コレクタが前記第1及び第2の出力端子にそ
れぞれ接続された第1及び第2のトランジスタと、前記
抵抗部に接続された電流源部と、反転入力端、非反転入
力端及び出力端を有する第1の差動アンプであって、前
期非反転入力端が前記第1の入力端子に接続され前記反
転入力端が前記第1のトランジスタの前記ソースに接続
され前記入力端が前記第1のトランジスタのゲートに接
続された第1の差動アンプと、反転入力端、非反転入力
端及び出力端を有する第2の差動アンプであって、前期
比反転入力端が前記第2の入力端子に接続され前記反転
入力端が前記第2のトランジスタの前記ソースに接続さ
れ前記出力端が前記第2のトランジスタのゲートに接続
された第2の差動アンプとを有することを特徴とする。A voltage-current conversion circuit according to the present invention is a voltage-current conversion circuit having first and second input terminals and first and second output terminals, the source of which is connected via a resistance section. First and second transistors connected to each other, collectors of which are connected to the first and second output terminals, respectively, and a current source section connected to the resistance section. And a first differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal and an output terminal, wherein the non-inverting input terminal is connected to the first input terminal and the inverting input terminal is the first transistor. A first differential amplifier connected to the source and having the input end connected to the gate of the first transistor, and a second differential amplifier having an inverting input end, a non-inverting input end, and an output end. , The inverting input terminal is A second differential amplifier connected to a second input terminal, the inverting input terminal connected to the source of the second transistor, and the output terminal connected to the gate of the second transistor. Characterize.
【0023】好ましくは、上記電流源部は、上記抵抗部
の一端及び前記第1のトランジスタの上記ソースに接続
された第1の電流源及び上記抵抗部の他端及び上記第2
のトランジスタの上記ソースに接続された第2の電流源
を備えることを特徴とする。Preferably, the current source section includes a first current source connected to one end of the resistance section and the source of the first transistor, the other end of the resistance section, and the second section.
A second current source connected to the source of the transistor.
【0024】好ましくは、上記抵抗部は直列接続された
第1及び第2の抵抗を備え、上記電流源部は、上記第1
の抵抗と上記第2の抵抗との接続点に接続されているこ
とを特徴とする。Preferably, the resistance section includes first and second resistances connected in series, and the current source section includes the first resistance section.
Is connected to a connection point between the second resistance and the second resistance.
【0025】[0025]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0026】図1は、本発明による第1の実施例の差動
電流電圧変換回路の回路構成図である。本実施例では、
第1、第2のNMOS差動トランジスタN1 、N2 の各
ソース端子に第1、第2の定電流源I01、I02はそれぞ
れ接続し、上記第1、第2のNMOS差動トランジスタ
のソース端子間に1つのソース抵抗R0 を接続した場合
の例である。図1中のV1 、V2 はそれぞれ第1、第2
の入力端子を表し、I1 、I2 は差動出力電流を表して
いる。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a differential current-voltage conversion circuit of a first embodiment according to the present invention. In this embodiment,
The first and second constant current sources I 01 and I 02 are connected to the source terminals of the first and second NMOS differential transistors N 1 and N 2 , respectively, and the first and second NMOS differential transistors are connected. This is an example in which one source resistor R 0 is connected between the source terminals of. In FIG. 1, V 1 and V 2 are first and second , respectively.
, And I 1 and I 2 represent differential output currents.
【0027】ここで高ゲイン差動アンプG1、G2はM
OSで構成され本第1実施例では差動回路とカレントミ
ラー回路を用いたアクティブロードタイプのMOS差動
アンプを用いている。Here, the high gain differential amplifiers G1 and G2 are M
In the first embodiment, an active load type MOS differential amplifier configured by an OS and using a differential circuit and a current mirror circuit is used.
【0028】この回路構成における入出力特性を図2
(a)および式(13)に、また、図2(a)上で、第
1及び第2の従来例と同様に非直線性Eを定義し図2
(b)および式(15)に示す。The input / output characteristics of this circuit configuration are shown in FIG.
2 (a) and equation (13), and in FIG. 2 (a), the non-linearity E is defined as in the first and second conventional examples.
It shows in (b) and Formula (15).
【0029】 [0029]
【0030】図2(a)、(b)より、差動入力電圧が
増加し第1、第2のMOSトランジスタのドレイン電流
差が増加しても、非直線性Eは増加せず、差動電流I1
−I2 が定電流I00になるまではE=0である。From FIGS. 2A and 2B, even if the differential input voltage increases and the drain current difference between the first and second MOS transistors increases, the non-linearity E does not increase and the differential E Current I1
E = 0 until −I 2 becomes the constant current I 00 .
【0031】この実施例では、第1のMOSトランジス
タN1 のゲート端子およびソース端子の高ゲインの第1
の差動アンプG1の出力端子および反転入力端子をそれ
ぞれ接続し上記第1の差動アンプG1に負帰還をかける
ことにより、第1の入力端子V1 と第1のMOSトラン
ジスタN1 のソース端子電圧を等しくし、かつ、第2の
MOSトランジスタN2 のゲート端子およびソース端子
に高ゲインの第2の差動アンプG2の出力および反転入
力端子をそれぞれ接続し上記第2の差動アンプG2に負
帰還をかけることにより、第2の入力端子V2 と第2の
MOSトランジスタN2 のソース端子電圧を等しくして
いる。このような構成により、抵抗2R0 の両端には△
V1 =V1 −V2 の電圧が印加され、△V1 /2R0 で
示される電流が流れるから、つまり、差動入力電圧が−
R0 ・I00≦△V1 ≦R0 ・I00の範囲で差動電流は式
(13)に示すように、△I1 =△V1 /R0 となるの
である。In this embodiment, a high gain first gate terminal and a source terminal of the first MOS transistor N 1 are provided.
The output terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier G1 are connected to each other, and the negative feedback is applied to the first differential amplifier G1, so that the first input terminal V 1 and the source terminal of the first MOS transistor N 1 are connected. The output and the inverting input terminal of the high gain second differential amplifier G2 are respectively connected to the gate terminal and the source terminal of the second MOS transistor N 2 with the same voltage, and the second differential amplifier G2 is connected to the second differential amplifier G2. By applying negative feedback, the second input terminal V 2 and the source terminal voltage of the second MOS transistor N 2 are made equal. With such a configuration, Δ is provided at both ends of the resistor 2R 0.
Since a voltage of V 1 = V 1 −V 2 is applied and a current represented by ΔV 1 / 2R 0 flows, that is, the differential input voltage is −
In the range of R 0 · I 00 ≦ ΔV 1 ≦ R 0 · I 00 , the differential current is ΔI 1 = ΔV 1 / R 0 as shown in the equation (13).
【0032】この第1の実施例は、NMOSトランジス
タをPMOSトランジスタに、また、PMOSトランジ
スタをNMOSトランジスタに置き換えた場合も、全く
同様に考えることができる。This first embodiment can be considered in exactly the same way when the NMOS transistor is replaced by a PMOS transistor and the PMOS transistor is replaced by an NMOS transistor.
【0033】図3は、本発明による第2の実施例の差動
電流電圧変換回路の回路構成図である。本実施例は、第
1、第2のNMOS差動トランジスタN1 、N2 の各ソ
ース端子に第1、第2のソース抵抗R01、R02の一方の
端子をそれぞれ接続し、上記第1、第2のソース抵抗の
他方の端子を共通接続し、その共通接続した端子に1つ
の定電流源I0 を接続した場合の例である。図3中のV
1 、V2 はそれぞれ第1、第2の入力端子を表し、
I1 、I2 は差動出力電流を表している。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a differential current-voltage conversion circuit of the second embodiment according to the present invention. In this embodiment, one terminal of each of the first and second source resistors R 01 and R 02 is connected to the source terminal of each of the first and second NMOS differential transistors N 1 and N 2 , and the first , The other terminal of the second source resistor is commonly connected, and one constant current source I 0 is connected to the commonly connected terminal. V in Fig. 3
1 and V 2 respectively represent the first and second input terminals,
I 1 and I 2 represent differential output currents.
【0034】ここで、高ゲインのアンプG1、G2はM
OS(またはバイポーラのプロセス)で構成される。本
第2の実施例では差動回路とカレントミラー回路を用い
たアクティブロードタイプのMOS差動アンプを用いて
いる。Here, the high gain amplifiers G1 and G2 are M
It is composed of an OS (or a bipolar process). In the second embodiment, an active load type MOS differential amplifier using a differential circuit and a current mirror circuit is used.
【0035】この回路構成における入出力端子を図4
(a)および式(16)に、また、図4(a)上で第
1、第2の従来例、第1の実施例と同様に非直線性Eを
定義し図4(b)および式(18)に示す。The input / output terminals in this circuit configuration are shown in FIG.
4 (a) and the equation (16), and FIG. 4 (b) and the equation (16) are defined in the same manner as in the first and second conventional examples and the first embodiment in FIG. 4 (a). It is shown in (18).
【0036】 [0036]
【0037】図4(a)、(b)より差動入力電圧が増
加し第1、第2のMOSトランジスタのドレイン電流差
が増加しても非直接性Eは増加せず、差動電流I1 −I
2 が定電流I0 になるまではE=0でる。4A and 4B, even if the differential input voltage increases and the drain current difference between the first and second MOS transistors increases, the indirectness E does not increase and the differential current I 1- I
E = 0 until 2 becomes the constant current I 0 .
【0038】この実施例では、第1のMOSトランジス
タN1 のゲート端子およびソース端子に高ゲインの第1
の差動アンプG1の出力端子および反転入力端子をそれ
ぞれ接続し上記第1の差動アンプG1に負帰還をかける
ことにより、第1の入力端子V1 と第1のMOSトラン
ジスタN1 のソース端子電圧を等しくし、かつ、第2の
MOSトランジスタN2 のゲート端子およびソース端子
に高ゲインの第2の差動アンプG2の出力端子および反
転入力端子をそれぞれ接続し上記第2の差動アンプG2
に負帰還をかけることにより、第2の入力端子V2 と第
2のMOSトランジスタN2 のソース端子電圧を等しく
している。したがって、抵抗2R0 の両端には△V2 =
V1 −V2 の電圧が印加され、△V1 /2R00で示され
る電流が流れるから、つまり、差動入力電圧が−R00・
I0 ≦△V2 ≦R00・I0 の範囲で差動電流は式(1
6)に示すように、△I2 =△V2 /R00となるのであ
る。In this embodiment, the high gain first gate is provided at the gate terminal and the source terminal of the first MOS transistor N 1.
The output terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier G1 are connected to each other, and the negative feedback is applied to the first differential amplifier G1, so that the first input terminal V 1 and the source terminal of the first MOS transistor N 1 are connected. equal voltage, and a second MOS transistor N 2 of the gate terminal and the output terminal and the inverting input terminal of the high gain second differential amplifier G2 to the source terminal respectively connected to the second differential amplifier G2
By applying negative feedback to the second input terminal V 2 and the source terminal voltage of the second MOS transistor N 2 are made equal to each other. Thus, at both ends of the resistor 2R 0 △ V 2 =
Since a voltage of V 1 -V 2 is applied and a current represented by ΔV 1 / 2R 00 flows, that is, the differential input voltage is -R 00
In the range of I 0 ≦ ΔV 2 ≦ R 00 · I 0 , the differential current is expressed by the formula (1
As shown in 6), ΔI 2 = ΔV 2 / R 00 .
【0039】上記第2の実施例は、NMOSトランジス
タをPMOSトランジスタに、また、PMOSトランジ
スタをNMOSトランジスタに置き換えた場合も、全く
同様に考えることができる。The second embodiment can be considered in exactly the same way when the NMOS transistor is replaced with a PMOS transistor and the PMOS transistor is replaced with an NMOS transistor.
【0040】以上、本発明に関する2つの実施例は
I0 、I01、I02を理想定電流源と見なせば式(19)
を仮定することにより直線性については等価な特性を得
られることがわかる。As described above, the two embodiments relating to the present invention are expressed by the formula (19) if I 0 , I 01 and I 02 are regarded as ideal constant current sources.
It can be seen that an equivalent characteristic can be obtained for linearity by assuming
【0041】 I0 =2I01=2I02、 R0 =R01=R02 −(19) 上述した本発明の実施例によれば、本電圧電流変換回路
の電流増幅率をソース抵抗の値のみで決めることがで
き、差動入力電圧の増加に伴い第1、第2のMOSトラ
ンジスタN1 、N2 のドレイン電流差が増加しても非直
線性Eは差動入力電圧△Vが−R0 ・I00≦△V1 ≦R
0 ・I00または−R00・I0 ≦△V2 ≦R00・I0 の範
囲で式(13)、(16)のように△V1 /R0 または
△V2 /R00なる電流が流れ、非直線性は増加せずE=
0である。したがって、差動電流△I=I1 −I2 が定
電流≦I0 または≦2 I01=≦2 I02になるまでの出力
電流範囲で実現でき第3の従来例に比べ広い出力電流範
囲を得ることができる。I 0 = 2I 01 = 2I 02 , R 0 = R 01 = R 02- (19) According to the above-described embodiment of the present invention, the current amplification factor of the voltage-current conversion circuit is set only by the value of the source resistance. Even if the drain current difference between the first and second MOS transistors N 1 and N 2 increases as the differential input voltage increases, the non-linearity E is determined by the differential input voltage ΔV being -R. 0 · I 00 ≤ △ V 1 ≤R
A current of ΔV 1 / R 0 or ΔV 2 / R 00 within the range of 0 · I 00 or −R 00 · I 0 ≦ ΔV 2 ≦ R 00 · I 0 as shown in formulas (13) and (16). Flows and the nonlinearity does not increase E =
It is 0. Therefore, the differential current ΔI = I 1 −I 2 can be realized in the output current range until the constant current ≦ I 0 or ≦ 2 I 01 = ≦ 2 I 02 , and the output current range is wider than that of the third conventional example. Can be obtained.
【0042】さらに、本電圧電流変換回路では上記の差
動力電圧範囲で差動MOSトランジスタの諸得性(Id
−Vgs特性の非直線性や相互コンダクタンスβのばらつ
き、バックゲート効果によるスレッショルド電圧VTの
変動)の影響による非直線性の増加を防ぐことができ
る。これらの特性変動要因はバイポーラに比べきわめて
大きいか、またはMOSトランジスタ特有のものであ
り、従来のMOSトランジスタ回路ではさけることがで
きなかったものであり、本発明による実用上の効果はき
わめて高い。Further, in this voltage-current conversion circuit, the various characteristics (I d
It is possible to prevent the nonlinearity from increasing due to the nonlinearity of the −V gs characteristic, the variation of the mutual conductance β, and the influence of the fluctuation of the threshold voltage VT due to the backgate effect. These characteristic variation factors are extremely large as compared with the bipolar or are peculiar to the MOS transistor and cannot be avoided by the conventional MOS transistor circuit, and the practical effect according to the present invention is extremely high.
【0043】さらに、前回路をMOSで構成できること
からプロセスの簡略化によるコストダウンをはかること
ができる。Further, since the front circuit can be constructed by MOS, the cost can be reduced by simplifying the process.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1及び第2のトランジスタのソースを抵抗部を介して
互いに接続し、電流源部を抵抗部に接続し、第1の差動
アンプの反転入力端を上記第1のトランジスタの上記ソ
ースに接続し出力端を上記第1のトランジスタのゲート
に接続し、第2の差動アンプの反転入力端を上記第2の
トランジスタの上記ソースに接続し出力端を上記第2の
トランジスタのゲートに接続したので、第1及び第2の
入力端子への入力電圧は第1及び第2のトランジスタの
ソース端子電圧にそれぞれ等しくなり、第1及び第2の
出力端子からの出力電流は、第1及び第2のトランジス
タのソース同士を接続する抵抗部の抵抗値で決定するこ
とができるようになる。したがって、入力電圧に対する
出力電流の直線性をさらに、改善させることができる。As described above, according to the present invention,
The sources of the first and second transistors are connected to each other via a resistance section, the current source section is connected to the resistance section, and the inverting input terminal of the first differential amplifier is connected to the source of the first transistor. The output terminal is connected to the gate of the first transistor, the inverting input terminal of the second differential amplifier is connected to the source of the second transistor, and the output terminal is connected to the gate of the second transistor. Therefore, the input voltages to the first and second input terminals are equal to the source terminal voltages of the first and second transistors, respectively, and the output currents from the first and second output terminals are equal to the first and second output terminals. The resistance value of the resistance part connecting the sources of the transistors can be determined. Therefore, the linearity of the output current with respect to the input voltage can be further improved.
【図1】本発明の第1の実施例の回路構成図。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例の入出力特性及び非直線
性特性を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing input / output characteristics and non-linearity characteristics of the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例の回路構成図。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施例の入出力特性及び非直線
性特性を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing input / output characteristics and non-linearity characteristics of the second embodiment of the present invention.
【図5】第1の従来例の回路構成図。FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a first conventional example.
【図6】第1の従来例の入出力特性及び非直線性特性を
示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing an input / output characteristic and a non-linear characteristic of the first conventional example.
【図7】第2の従来例の回路構成図。FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a second conventional example.
【図8】第2の従来例の入出力特性及び非直線性特性を
示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing an input / output characteristic and a non-linear characteristic of the second conventional example.
【図9】第3の従来例の回路構成図。FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a third conventional example.
【図10】第3の従来例の入出力特性及び非直線性特性
を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing input / output characteristics and non-linearity characteristics of a third conventional example.
N1 〜N6 NチャネルMOSトランジスタ P3 〜P6 PチャネルMOSトランジスタ Q1 〜Q4 PNP型バイポーラトランジスタ R0 、R01、R02 ソース抵抗および抵抗値 R1 〜R4 カレントミラー用エミッタ抵抗 L1 、L2 レベルシフト回路 C1 、C2 カレントミラー回路 D 差動回路 G1、G2 高ゲインのアンプ I0 、I01〜I04 定電流源および電流値 I1 、I2 出力電流 V1 、V2 入力端子および電圧 VDD、VSS 高電位電源、低電位電源 VB1〜VB6 バックゲート端子および電圧 a1〜a5 入出力特性曲線 b1〜b5 入力電圧0Vでの接線 c1〜c5 非直接性曲線N 1 to N 6 N channel MOS transistor P 3 to P 6 P channel MOS transistor Q 1 to Q 4 PNP type bipolar transistor R 0 , R 01 , R 02 Source resistance and resistance value R 1 to R 4 Emitter resistance for current mirror L 1 , L 2 level shift circuit C 1 , C 2 current mirror circuit D differential circuit G 1, G 2 high gain amplifier I 0 , I 01 to I 04 constant current source and current value I 1 , I 2 output current V 1 , V 2 input terminal and voltage V DD , V SS high-potential power supply, low-potential power supply V B1 to V B6 back gate terminal and voltage a1 to a5 input / output characteristic curve b1 to b5 tangential line at input voltage 0 V c1 to c5 indirect Sex curve
Claims (3)
の出力端子を有する電圧電流変換回路において、ソース
が抵抗部を介して互いに接続された第1及び第2のトラ
ンジスタであって、コレクタが前記第1及び第2の出力
端子にそれぞれ接続された第1及び第2のトランジスタ
と、前記抵抗部に接続された電流源部と、反転入力端、
非反転入力端及び出力端を有する第1の差動アンプであ
って、前期非反転入力端が前記第1の入力端子に接続さ
れ前記反転入力端が前記第1のトランジスタの前記ソー
スに接続され前記入力端が前記第1のトランジスタのゲ
ートに接続された第1の差動アンプと、反転入力端、非
反転入力端及び出力端を有する第2の差動アンプであっ
て、前期比反転入力端が前記第2の入力端子に接続され
前記反転入力端が前記第2のトランジスタの前記ソース
に接続され前記出力端が前記第2のトランジスタのゲー
トに接続された第2の差動アンプとを有することを特徴
とする電圧電流変換回路。1. First and second input terminals, first and second
In the voltage-current conversion circuit having the output terminal of, the sources are first and second transistors connected to each other via a resistance part, and collectors are respectively connected to the first and second output terminals. First and second transistors, a current source section connected to the resistance section, an inverting input terminal,
A first differential amplifier having a non-inverting input terminal and an output terminal, wherein the non-inverting input terminal is connected to the first input terminal and the inverting input terminal is connected to the source of the first transistor. A first differential amplifier having the input terminal connected to the gate of the first transistor, and a second differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal and an output terminal, A second differential amplifier having an end connected to the second input terminal, the inverting input end connected to the source of the second transistor, and the output end connected to the gate of the second transistor. A voltage-current conversion circuit having.
前記第1のトランジスタの前記ソースに接続された第1
の電流源及び前記抵抗部の他端及び前記第2のトランジ
スタの前記ソースに接続された第2の電流源を備えるこ
とを特徴とする請求項1記載の電圧電流変換回路。2. The first current source section is connected to one end of the resistance section and the source of the first transistor.
2. The voltage-current conversion circuit according to claim 1, further comprising a second current source connected to the current source and the other end of the resistance section and the source of the second transistor.
2の抵抗を備え、前記電流源部は、前記第1の抵抗と前
記第2の抵抗との接続点に接続されていることを特徴と
する請求項1記載の電圧電流変換回路。3. The resistance section includes first and second resistances connected in series, and the current source section is connected to a connection point between the first resistance and the second resistance. The voltage / current conversion circuit according to claim 1.
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| JP32358893A JP2661530B2 (en) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | Voltage-current converter |
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|---|---|---|---|---|
| JP2019129515A (en) * | 2018-01-26 | 2019-08-01 | 株式会社東芝 | Voltage current conversion circuit |
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1993
- 1993-12-22 JP JP32358893A patent/JP2661530B2/en not_active Expired - Fee Related
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