JPH0738543B2 - 可変オフセットを有する差動集積回路 - Google Patents

可変オフセットを有する差動集積回路

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JPH0738543B2
JPH0738543B2 JP63098484A JP9848488A JPH0738543B2 JP H0738543 B2 JPH0738543 B2 JP H0738543B2 JP 63098484 A JP63098484 A JP 63098484A JP 9848488 A JP9848488 A JP 9848488A JP H0738543 B2 JPH0738543 B2 JP H0738543B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の背景) [発明の属する技術分野] 本発明は回路の入力端で所定のオフセット電圧を生成す
る集積回路技術に関する。
[従来技術の説明] コンパレータおよび演算増幅器を含む多くのアナログ回
路は、部分的には入力オフセット電圧仕様によって特徴
づけられる。このオフセット電圧仕様は、出力を動作範
囲の中間点へ駆動するために、1つの入力端子の電圧
が、別の入力端子の電圧とどのぐらい違う必要があるか
という基準を提供する。一般にオフセットはできるだけ
小さいほうが望ましく、現在のバイポーラおよびMOS集
積回路では、典型的には数ミルボルトから数マイクロボ
ルト、あるいはこれ以下である。オフセットは0のほう
が望ましいため、製造ステップは通常オフセットを最小
にするように行われる。これらのステップはトランジス
タサイズを厳密に整合するステップ、および、オフセッ
ト電圧をなくするフィードバック信号を提供するための
電圧あるいは電流を正確に検出するステップからなる。
しかし、場合によっては可変でゼロでないオフセットが
必要である。例えば、ある値より低い信号を弁別除去す
るしきい値が必要なことがある。アナログ−デジタルコ
ンバータではアナログ信号が量子化されるとき複数しき
い値が必要とされる。これらおよびその他の場合では、
オフセットを提供するために、入力電圧を所定の値に分
ける抵抗ディバイダ網が通常用いられる。しかし、抵抗
ディバイダ網は入力に負荷を加えて入力をある程度下げ
てしまい、これはある応用では望ましくない。この負荷
が望ましくない応用の1つはサービス統合デジタル網
(ISDN)トランシーバの受信機部分である。この場合、
バランスバスはいくつかのユーザ間の伝送に利用され、
そのユーザの数は1から8まで変動する可能性がある。
異なる数のユーザがバスに接続し、同時に一定値以下の
ノイズ電圧をカットするしきい値を有する受信機を提供
するとき、バス上の負荷を変えるのは望ましくない。
また電界効果型トランジスタの場合はソースフォロワ入
力トランジスタ、バイポーラトランジスタの場合はエミ
ッタフォロワ入力トランジスタの利用によって、差動段
(例えば演算増幅器)の入力でDCレベルシフトを提供す
る技術が知られている。それらの場合、入力信号は制御
電極(それぞれ、ゲートまたはベース)に接続され、被
制御電極(それぞれ、ソースまたはエミッタ)は差動入
力に接続される。電流源はそれぞれソースパスまたはエ
ミッタパスを通じて電流を流す。しかしこのような設計
の一般的な目標はやはり差動段入力間のオフセットを最
小にすることである。
(発明の概要) 本発明は回路の入力で所定のオフセット電圧を生成する
技術に関する。1対の入力トランジスタが電流源に接続
され、この電流源は参照抵抗に加えられる参照電圧から
生成される参照電流を鏡影する。一方の入力トランジス
タの出力パスの電圧降下抵抗が所望のオフセット電圧を
生成する。すべての素子を同じ集積回路上に形成するこ
とにより、オフセット電圧は参照電圧以外のすべての要
素に依存しない。
(実施例の説明) 本発明はさまざまな集積回路応用のために所定のオフセ
ット電圧を生成する改良技術に関する。実施例は電界効
果トランジスタ技術およびデバイスを利用するが、バイ
ポーラ技術およびデバイスならびに両者の結合も利用可
能である。第1図を参照すれば、入力トランジスタM11
およびM12はそれらのゲートで入力PおよびNを受信
し、それぞれ回路CPIの非反転(+)入力および反転
(−)入力に接続されるソースを有する。回路CPIは典
型的にはコンパレータであるが、演算増幅器、または、
非反転入力および反転入力ならびに高入力インピーダン
スを有する別の回路でもよい。入力トランジスタM11の
ソースはオフセット抵抗R0を通じて回路CPIの非反転入
力に接続される。参照電流IREFは電源10によって生成さ
れる。この参照電流は電流源I1およびI2によって鏡影さ
れ、これらの電流源は入力トランジスタM11およびM12の
チャネルに流れる電流を同じにする。以下に説明するよ
うに、IREFはオフセット抵抗R0と同じ集積回路上の抵抗
R1の両端に加えられる参照電圧から、IREF=VREF/R1
なるように生成されるのが望ましい。回路CPIは高入力
インピーダンスを有するため、I1のほとんどはオフセッ
ト抵抗R0を流れ、入力オフセット電圧V0を生成する。こ
こでV0=I1×R0=VREF(R0/R1)である。従って、回路C
PI自体のオフセット電圧が0であり、また入力トランジ
スタM11とM12のしきい値電圧は等しいと仮定すれば、コ
ンパレータCPIが応答する前は、入力Pは入力NよりV0
だけ高くなければならない。すなわち、入力Pは入力N
から電圧V0だけオフセットされる。また抵抗R0は入力ト
ランジスタM12の電源パスにも配置でき、この場合、負
のオフセット電圧(−I2×R0)が得られる。
第2図に、nチャネル入力トランジスタ(M21,M22)を
用いた本発明の実施例を示す。これはCMOS技術で実施で
き、そこではnチャネルトランジスタM21,...,M25はp
型基板またはエピタキシャル層の上に直接形成でき、ま
たpチャネルトランジスタM26はn型タブ(tub)内に形
成できる。電流源I1およびI2はそれぞれトランジスタM2
3とM24を用いて実現され、トランジスタM25とM26に流れ
る参照電流IREFを鏡影する。参照電流IREFは後述のよう
にトランジスタM26のゲート電圧によって制御される。
トランジスタM23とM24のサイズが等しい場合、電流I1
I2は等しくなる。しかし、等しいことは必要ではなく、
これらの電流が比例することのみが必要で、これはトラ
ンジスタM23とM24のサイズを適当に調節することによっ
て得られる。さらに、図示される電流鏡影構造ではI1
よびI2がIREFに比例することが保証されるが、IREFに等
しい必要はない。例えば、一実施例では、トランジスタ
M25のチャネル幅は10マイクロメートルであるが、トラ
ンジスタM23およびM24のチャネル幅は50マイクロメート
ルで、チャネル長はともに10マイクロメートルである。
従って、20マイクロアンペアの公称参照電流IREFの場
合、電流I1およびI2は5倍大きく、ともに100マイクロ
アンペアである。トランジスタM21のバックゲートバイ
アスの増加のため、オフセット電圧(V0)は上述の計算
値よりやや大きい。例えばR0=2550オームのとき、R0
両端の電圧は0.255ボルトである。しかしこの電圧はM22
のソースよりもこの値の分だけM21のソースを引き上げ
る。これはM21のバックゲートバイアスを変え、これに
より、実施例の場合はM21を導通するのに必要な電圧を
約57ミリボルト増加させる。従って実際のオフセット電
圧V0の値は0.255+0.057=0.312ボルトとなる。
第3図に、pチャネル入力トランジスタを用いる実施例
を示す。上述のようにp型基板が使用される場合、pチ
ャネルトランジスタは絶縁n領域(タブ)内に形成でき
る。これにより、入力トランジスタM31およびM32を別々
のnタブ内に形成することが可能となる。これは、個々
の入力トランジスタのソースがn型タブ層と接続される
ことを可能にし、バックゲートバイアスのオフセット電
圧への影響を除去できるという利点を有する。(もちろ
ん、この利点はn型基板の絶縁pタブに形成されるnチ
ャネル入力トランジスタを用いることによっても得られ
る。)実施例では、M33とM34のサイズは、M31とM32に50
マイクロアンペアの電流を提供するように選択される。
従ってオフセット電圧はM31のソースに接続される3200
オームの抵抗の両端の電圧降下により160ミルボルトと
なる。付属の補償抵抗RCはM32のドレインに含まれるこ
とにも注意されたい。R0と同じ値(すなわちこの場合で
は3200オーム)を有するようにRCを選択することによっ
て、電流I2は電流I1にさらに等しくなり、従って、オフ
セット電圧はさらに予測できるようになる。
前述のように、電流I1およびI2は参照電流IREFを鏡影す
る。参照電流はオフセット抵抗R0と同じプロセスによっ
て同一の集積回路上に形成される参照抵抗(例えば第4
図のR1)から生成されるのが望ましい。例えば、この2
つの抵抗は同じ拡散過程で形成でき、あるいはポリシリ
コン抵抗などをドープすることによって形成できる。こ
れによってオフセット抵抗に流れる電流はプロセスおよ
び温度変動による参照電流の変動に追随できる。第4図
に現在の使用に適した公知の電流源を示す。参照電圧V
REFは演算増幅器40の正の(非反転)入力に与えられ
る。負の(反転)入力は抵抗R1を通じて接地される。演
算増幅器40はトランジスタM43のゲート電圧を制御す
る。これは節点41をVREFに等しくなるように保持し、こ
れによりR1に流れる電流がVREF/R1に等しくなることを
保証する。従って出力端42の電圧は、トランジスタM44
を通じて、従って公知の電流鏡影構造でM44を鏡影する
任意のトランジスタを通じて、参照電流IREFを生成す
る。上述のように鏡影電流はIREFに等しい必要がなく、
実施例のように単にIREFに比例すればよい。これはトラ
ンジスタの適当なサイズの選択によって得られる。
ここまでの説明では、ただ1つのオフセット抵抗が存在
し、必要なオフセット電圧は正か負かによって、そのオ
フセット抵抗が入力トランジスタを流れる電流パスのう
ちのいずれか一方にあることを仮定した。しかし、両方
の電流パスに異なる値の抵抗を用いることも可能であ
る。このときオフセット電圧は抵抗の両端の電圧降下の
差によって定まる。また、等しい値の抵抗を使用し、入
力トランジスタに流れる電流(I1、I2)を等しくしない
ことも可能である。このときは、オフセット電圧は電流
の差によって定まる。どちらの場合も、ここでいう“オ
フセット抵抗”とは最大の電圧降下が現れる抵抗であ
る。典型的な応用では、少なくとも10ミリボルト、さら
に典型的には少なくとも100ミリボルトのオフセット電
圧が望ましい。これは本発明によって容易に得られる。
電界効果トランジスタを用いた例を示したが、バイポー
ラトランジスタも入力トランジスタとして利用できる。
その場合、入力信号はベース電極に接続され、オフセッ
ト抵抗は所定の入力トランジスタのエミッタ端に配置さ
れる。また入力トランジスタのコレクタは適当な電源電
圧に接続される。電流源およびミラートランジスタもバ
イポーラ型とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電界効果入力トランジスタを用いる本発明の実
施例を示す図、 第2図はnチャネル電界効果入力トランジスタを用いる
本発明の実施例を示す図、 第3図はpチャネル電界効果入力トランジスタを用いる
本発明の実施例を示す図、 第4図は参照電流を生成するのに適した従来の電流源を
示す図である。 M11、M12、M21、M22、M31、M33……入力トランジスタ CPI……回路 R0……オフセット抵抗 10……電源 40……演算増幅器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反転入力および非反転入力を有する差動段
    (CPI)と、 これらの入力に接続される被制御電極を有する第1およ
    び第2の入力トランジスタ(M11,M12)と、 これらの各入力トランジスタに電流を流す第1および第
    2の電流源(I1,I2)と、 一方の入力トランジスタの被制御電極と差動段の関連入
    力との間に接続されるオフセット抵抗(R0)とからな
    り、 このオフセット抵抗に流れる電流は所定の0でないオフ
    セット電圧を生成し、 第1および第2の電流源が、オフセット抵抗を形成する
    のと同じプロセスで形成される抵抗(R1)に参照電圧
    (VREF)を印加することによって得られる参照電流(I
    REF)を鏡影することを特徴とする可変オフセットを有
    する差動集積回路。
  2. 【請求項2】入力トランジスタが電界効果トランジスタ
    であることを特徴とする請求項1の回路。
  3. 【請求項3】入力トランジスタが、与えられた導電型の
    絶縁ドープ層に形成され、この絶縁ドープ層は逆の導電
    型の半導体内に形成されることを特徴とする請求項2の
    回路。
  4. 【請求項4】別の入力トランジスタ(M32)の被制御電
    極と電源電圧端子(VSS)との間に接続される補償抵抗
    (RC)を有することを特徴とする請求項1の回路。
  5. 【請求項5】入力トランジスタはバイポーラトランジス
    タであることを特徴とする請求項1の回路。
  6. 【請求項6】オフセット電圧は少なくとも10ミルボルト
    であることを特徴とする請求項1の回路。
  7. 【請求項7】オフセット電圧は少なくとも100ミルボル
    トであることを特徴とする請求項1の回路。
JP63098484A 1987-04-24 1988-04-22 可変オフセットを有する差動集積回路 Expired - Lifetime JPH0738543B2 (ja)

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