JPH1065460A - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JPH1065460A
JPH1065460A JP8223380A JP22338096A JPH1065460A JP H1065460 A JPH1065460 A JP H1065460A JP 8223380 A JP8223380 A JP 8223380A JP 22338096 A JP22338096 A JP 22338096A JP H1065460 A JPH1065460 A JP H1065460A
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Masafumi Nagaya
雅文 長屋
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Oki Electric Industry Co Ltd
Oki Micro Design Miyazaki Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
Oki Micro Design Miyazaki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レベルシフト電圧が電源変動等の影響を受け
易く、当該レベルシフト回路でレベルシフトされた電圧
を入力するプッシュプル出力段のアイドリング電流が増
加する問題があった。 【解決手段】 差動増幅回路の差動出力電圧をレベルシ
フトして出力するレベルシフト回路のレベルシフト電圧
を、定電流回路が出力する一定電流を基に生成したバイ
アス回路のバイアス電圧で設定する。これにより、当該
レベルシフト回路のレベルシフト電圧を電源変動等によ
らず安定させることができる。この結果、プッシュプル
回路を本来の動作状態に保ち、アイドリング電流の増加
を有効に防止することができる。これにより、従来に比
して消費電力の少ない演算増幅器を実現することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、演算増幅器に関す
る。特に、出力段としてプッシュプル回路を備える演算
増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プッシュプル回路を出力段に備える演算
増幅器の回路例を図2に示す。図2の場合、演算増幅器
は、入力IN1及びIN2を差動増幅する差動増幅回路
1と、その出力N1をレベルシフトして出力するレベル
シフト回路2と、出力N1とそのレベルシフト後の出力
N2とを入力してプッシュプル動作するプッシュプル回
路3と、バイアス回路4とから構成なる。
【0003】ここで、プッシュプル回路3は、互いに逆
極性のトランジスタP1及びn3の縦列接続でなり、出
力N1をPMOSトランジスタP1のゲートに、出力N
2をNMOSトランジスタn3のゲートに入力してい
る。プッシュプル回路3は、この2つの入力により動作
し、これに対する出力を2つのトランジスタP1及びn
3の接続中点であるドレイン端子から後段に出力するよ
うになっている。
【0004】なお、レベルシフト回路2を構成するNM
OSトランジスタn1及びn2の相互コンダクタンスg
mが同じである場合には、次の(1) 式で表されるよう
に、差動出力N1及びN2のレベルシフト電圧がバイア
ス回路4の出力N3に等しくなる。
【0005】 N1−N2=N3 …(1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
演算増幅器では、PMOSトランジスタのスレッショル
ド電圧をVTP、NMOSトランジスタのスレッショル
ド電圧をVTNとした場合に、次の(2) 式で与えられる
条件が成り立つと、トランジスタP1及びn3が常にオ
ン領域で動作するようになり、プッシュプル回路3に流
れるいわゆるアイドリング電流が増加してしまうという
問題があった。
【0007】 VDD−|VTP|−VTN<N3 …(2) しかも、(2) 式には、電源変動、プロセス変動、バイア
ス電圧変動等の様々な要因が含まれているため、制御が
難しい。
【0008】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
ので、従来の構成の演算増幅器に比して、電源変動やプ
ロセス変動等に対する消費電力の増加が少なくて済むバ
イアス状態が安定な演算増幅器を提供しようとするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明は、2つの入力電圧が供給される差動増幅回
路と、その差動出力電圧をレベルシフトして出力するレ
ベルシフト回路と、差動出力電圧とレベルシフト回路で
レベルシフトされた電圧とをゲート制御電圧として入力
するプッシュプル回路とを含んでなる演算増幅器におい
て、以下のようにしたことを特徴とする。
【0010】すなわち、レベルシフト回路におけるレベ
ルシフト電圧を、定電流回路で生成された一定電流を基
にバイアス回路が発生したバイアス電圧で設定すること
を特徴とする。
【0011】本発明の演算増幅器においては、電源変動
やVT変動の影響を受けず一定電流を出力する定電流回
路の出力電流でバイアス電圧を生成し、当該バイアス電
圧でレベルシフト回路のレベルシフト電圧を設定するの
で、電源変動等によらずレベルシフト回路の動作条件を
一定に保つことができる。これにより、アイドリング電
流の増加が有効に防止される。
【0012】
【発明の実施の形態】
(A)第1の実施形態 以下、図面について、本発明にかかる演算増幅器の第1
の実施形態を説明する。
【0013】図1は、第1の実施形態にかかる演算増幅
器の回路構成であり、バイアス回路4をバイアス回路4
と定電流回路5とによって構成した点を除いて、従来例
で説明した演算増幅器と同様の構成を有している。
【0014】ここで、定電流回路5は、抵抗R2とトラ
ンジスタP3、P4、n6、N7とから構成されてお
り、電流I1にVT変動や電源変動の影響が現れない電
流値が一定の定電流源が実現されている。
【0015】一方、バイアス回路4は、定電流回路5の
トランジスタn6と電流ミラーを構成するトランジスタ
n4と、ドレイン・ゲートが共通なトランジスタP2及
びn5とで構成されてなる。
【0016】次に、かかる構成の演算増幅器の動作状況
を説明する。
【0017】第1の実施形態の場合も、差動増幅回路1
で差動増幅された出力N1がプッシュプル回路3のトラ
ンジスタP1のゲートに入力され、また、出力N1をレ
ベルシフト回路3でレベルシフトした出力N2がプッシ
ュプル回路3のトランジスタn3のゲートに入力される
点は同じである。
【0018】そして、プッシュプル回路3のトランジス
タP1及びn3がこの入力に基づいて一方がオン動作す
るとき他方はオフ動作し、その出力が、2つのトランジ
スタP1及びn3の共通ドレイン端子から出力されるよ
うになっている。
【0019】ここで、第1の実施形態に特有な部分は、
定電流回路5が、トランジスタP3の相互コンダクタン
スgmと、トランジスタP4の相互コンダクタンスgm
が等しく、かつ、トランジスタn6の相互コンダクタン
スをgm1、トランジスタn7の相互コンダクタンスg
mをgm2とした場合に、電流I1(トランジスタn6
に流れる電流)が、次の(3) 式で表される回路であるこ
とに起因する動作である。
【0020】 I1=KT/q(ln gm1/gm2)/R2 …(3) この定電流回路5の出力電圧N4は、バイアス回路4を
構成するトランジスタn4のゲートに接続されており、
しかも、トランジスタn6とn4は電流ミラー構成にな
っているので、バイアス回路4に流れる電流I2は、
(3) 式とトランジスタn6及びn4の相互コンダクタン
スgmの比で決定され、電源変動やVT変動を含まな
い。
【0021】このため、電流I2を0.1 μA程度に設定
すると、トランジスタP2のソースとゲート、ドレイン
間の電圧差はVTPに、トランジスタn5のソースとゲ
ート、ドレイン間の電圧差はVTNになり、バイアス回
路4の出力電圧N3は、次の(4) 式で与えられることに
なる。
【0022】 VDD−|VTP|−VTN=N3 …(4) 従って、レベルシフト回路2におけるトランジスタn1
及びn2の相互コンダクタンスgmが同じ場合、出力電
圧N1から出力電圧N2へのレベルシフト電圧は、出力
電圧N3の電圧分になり、(4) 式そのものになる。
【0023】この結果、プッシュプル回路3は、トラン
ジスタP1のゲートに差動増幅回路の出力電圧N1が与
えられ、他方のトランジスタn3のゲートには出力電圧
N1が(4) 式分レベルシフトされた電圧が与えられるこ
とになる。これにより、出力端が無負荷の場合に、トラ
ンジスタP1、n3ともゲート電圧がVT付近になるた
め、アイドル電流は低電流かつ安定する。
【0024】以上のように、第1の実施形態によれば、
定電流回路5で生成した定電流をバイアス回路に折り返
し、電源変動等によらず安定したバイアス電圧をプッシ
ュプル回路3に印加するようにしたことにより、プッシ
ュプル回路3のPMOSトランジスタP1のゲート電圧
とNMOSトランジスタn3のゲート電圧差を常に、
(4) 式で与えられる電圧に固定することができ、トラン
ジスタP1とトランジスタn3とが交互にオン領域で動
作するようにすることができる。
【0025】これにより、電源電圧変動、プロセス変動
によらず、低消費電流でバイアス状態が安定な演算増幅
回路を実現することができる。
【0026】(B)第2の実施形態 この第2の実施形態は、電源電圧変動、プロセス変動に
対して低消費電流でバイアス状態が安定する第1の実施
形態に比して更に低電圧動作が可能な第2の実施形態を
説明する。
【0027】この第2の実施形態にかかる演算増幅器と
第1の実施形態にかかる演算増幅器との違いは、図1に
示す回路構成のうち、バイアス回路2のトランジスタn
1及びn2を構成するNMOSトランジスタをディプレ
ッション型のトランジスタとする点である。
【0028】このように、バイアス回路2のトランジス
タをディプレッション型のトランジスタにすることの利
点を、以下説明する。
【0029】図1に示す回路構成では、電源電圧VDD
が低電圧になった場合に、出力電圧N3の電圧は(4) 式
よりGND電圧付近になる。例えば、電源電圧VDDが
1.5V、トランジスタn5のソースとゲート、ドレイン
間の電圧差VTNを0.7 Vとし、トランジスタP2のソ
ースと、ゲート、ドレイン間の電圧差VTPを−0.7V
とすると、(4) 式より、出力電圧N3=0.1 V(=1.5
−|−0.7 |−0.7 )となる。
【0030】この場合、第1の実施形態にかかる演算増
幅器では、レベルシフト回路2のトランジスタn2はオ
ン領域で動作せず、レベルシフト回路3が動作しない。
【0031】ところが、第2の実施形態の場合には、ト
ランジスタn1及びn2がディプレッション型のトラン
ジスタになっているので、電源電圧VDDの低電圧化に
よって出力電圧N3がGND電圧付近になっても、オン
動作し得、レベルシフト回路2を通常通り動作させるこ
とができる。
【0032】これにより、プッシュプル回路3の動作を
保証し得、演算増幅器として、より低電圧まで動作し得
るものを実現することができる。なお、この第2の実施
形態の場合には、電源電圧VDDがVTN+|VTP|
まで動作可能である。
【0033】(C)他の実施形態 なお、上述の実施形態においては、プッシュプル出力段
を備える演算増幅器に限定して説明したが、本発明はこ
れに限らず、プッシュプル出力段を備える回路に広く適
用し得る。また、かかる構成の出力段を備える演算増幅
器を内部回路として含む各種電子回路にも広く適用する
ことができる。特に、電源電圧が低く、電源電圧の供給
源がバッテリであるような携帯型の電子機器を構成する
電子部品に適用して好適なものである。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、差動増
幅回路の差動出力電圧をレベルシフトして出力するレベ
ルシフト回路のレベルシフト電圧を、定電流回路が出力
する一定電流を基に生成したバイアス回路のバイアス電
圧で設定するようにしたことにより、当該レベルシフト
回路のレベルシフト電圧を電源変動等によらず安定させ
ることができる。これにより、差動増幅回路の出力電圧
と、レベルシフト回路でレベルシフトされた電圧とをゲ
ート制御電圧として入力して動作するプッシュプル回路
のアイドリング電流の増加を有効に防止し得、従来に比
して消費電力の少ない演算増幅器を実現することが可能
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態にかかる演算増幅器の回路構成を示す
回路図である。
【図2】従来の演算増幅器の回路構成を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1…差動増幅回路、2…レベルシフト回路、3…プッシ
ュプル回路、4…バイアス回路、5…定電流回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの入力電圧が供給される差動増幅回
    路と、その差動出力電圧をレベルシフトして出力するレ
    ベルシフト回路と、上記差動出力電圧と上記レベルシフ
    ト回路でレベルシフトされた電圧とをゲート制御電圧と
    して入力するプッシュプル回路とを含んでなる演算増幅
    器において、 上記レベルシフト回路におけるレベルシフト電圧を、定
    電流回路で生成された一定電流を基にバイアス回路が発
    生したバイアス電圧で設定することを特徴とする演算増
    幅器。
  2. 【請求項2】上記レベルシフト回路のトランジスタは、
    ディプレッション型の電界効果トランジスタでなること
    を特徴とする請求項1に記載の演算増幅器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006203704A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Sharp Corp 光ピックアップ用受光アンプ素子、それを用いた光ピックアップ装置、およびバイアス回路

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