JP2014075705A - 差動増幅回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2を含む差動対Xと、それぞれのゲートGとドレインDが接続される第3のトランジスタQ3及び第4のトランジスタQ4を有し前記差動対Xに接続される素子対Yとを備える差動増幅回路において、第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2と並列に第1及び第2の電流パスZ1,Z2をそれぞれ設けた。
【選択図】図5
Description
図1に示すように、差動増幅回路10は、最高電位である電源電圧VDDから最低電位である基準電位VSSまでの間に、複数の第1及び第8のトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4,Q7,Q8と、定電流源11とを、以下の順に接続して構成されている。すなわち、電源電圧VDDから能動負荷対9、電圧降下用の素子対Y、差動対X、及び定電流源11の順に接続して構成されている。
=5Vの時、高速化及び小サイズになることから差動対Xに耐圧が約3Vの低耐圧トランジスタQ1,Q2を利用することがある。以下、差動増幅回路10の動作を説明する。
まず、図1に記載されたトランジスタQ3,Q4が無い場合の現象を説明する。すなわち、これらトランジスタQ3,Q4それぞれのドレインD−ソースS間に該当する箇所を、図1の破線7,8にて直結させた場合、その該当箇所で生じていた電圧降下1Vがなくなる。その結果、差動対Xを構成するNMOSトランジスタQ1,Q2のドレインD−ソースS間に、その耐圧3Vを超える電圧が加わることにより、トランジスタQ1,Q2の特性が劣化する危険性がある。なお、トランジスタQ3,Q4のソースSは、不図示のバルクに接続されている。なお、バルクとはNMOSトランジスタの基板のことであり、特に指定無き場合は、そのトランジスタのソースに接続されている。
差動対Xを構成するNMOSトランジスタQ1,Q2がOFFする一例として、非特許文献1に、差動対を使用したオペアンプにおいて矩形波24が入力された場合、スルーイング(slewing)の状態では、差動対Xを構成するNMOSトランジスタQ1,Q2がOFFすることが記載されている。
図3は、図2に示す反転増幅回路でのスルーイング状態における入出力信号24,25の波形図である。図2に示すように、オペアンプA2を用いた反転増幅回路20は、入力端子Vinへの入力信号23,24(単に矩形波24ともいう)に対して反転した出力信号25を出力端子Voutから出力する。そして、図3に示すように、矩形波24の入力信号が立ち上がるタイミングt1と、立ち下がるタイミングt2とにおいて、出力信号25にはそれぞれスルーイング状態の発生が見られる。
図2及び図4に示した反転増幅回路20,40において、その反転入力端子Vinに、矩形波24が入力された場合、矩形波24のエッジ部において、急峻な入力信号の変化に対する出力信号25が、過渡的変化した後で、定常状態になるまでの時間を、スルーイングと呼ぶ。以下にスルーイング状態の動作を説明する。
係で定義される。
また、図1及び図2に示した従来例の差動増幅回路10でも、電源電圧より低い耐圧のトランジスタをオペアンプ差動対に使用した場合に、オペアンプの任意の入力に対して差動対の耐圧を保証できず、差動対Xを構成するトランジスタQ1,Q2の特性劣化を防ぎ得るものではなかった。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の差動増幅回路において、前記第5のトランジスタ(Q5)及び第6のトランジスタ(Q6)は、それぞれのゲート電圧(V1)を同一に保持されることを特徴とする。(図5)
また、請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の差動増幅回路において、前記第5のトランジスタ(Q5)及び第6のトランジスタ(Q6)は、それぞれのゲート(G)とドレイン(D)とが接続されていることを特徴とする。(図6)
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の差動増幅回路において、前記差動対(X)の一方には電圧レベルが急峻に変化する信号が入力され、他方には一定の電圧レベルを有する信号が入力されることを特徴とする。(図4、図5、図6)
能動負荷対9は、PMOSトランジスタQ7,Q8で構成されている。また、素子対Yは、NMOSトランジスタQ3,Q4で構成されている。能動負荷対9は、電源電圧VDDと、トランジスタQ3,Q4のドレインDとの間に、ソースSとドレインDとで接続されており、カレントミラー構成である。また、トランジスタQ7は、そのドレインD−ゲートGがショートされ、そのドレインD−ゲートGが、トランジスタQ8のゲートGに接続されている。
また、トランジスタQ1のゲートGは入力端子PINに接続されている。また、トランジスタQ2のゲートGは、入力端子NINに接続されている。すなわち、差動増幅回路50は、差動対Xを構成するNMOSトランジスタQ1,Q2のうち、一方のトランジスタQ1のゲートDに供給された入力信号と、他方のトランジスタQ2に供給された入力信号との差を増幅してVoutから出力する。
反転増幅回路50の入力端子PIN,NINに、矩形波24(図3参照)が入力されることによって、スルーイング状態になると、差動対Xを構成するトランジスタQ1,Q2の一方がOFFになる。トランジスタQ1,Q2のOFFにより、電圧降下用の素子対Yには電流が流れず、規定の電圧降下が得られない。その結果、OFFになった方のトランジスタQ1,Q2は、それらの耐電圧を超える電圧が印加される害を受ける。
ートGが共通接続されている。
以上説明したように、本実施形態によれば、電源電圧より低い耐圧のトランジスタをオペアンプ差動対に使用した場合に、オペアンプの任意の入力に対して差動対の耐圧を確保するとともに、差動対を構成するトランジスタの特性劣化を生じさせない差動増幅回路を実現できる。
9 能動負荷対
23,24 矩形波の入力信号
25 出力信号
44 出力波形
Cc コンデンサ
PIN,NIN 入力端子
V1 ゲート電圧設定端子、ゲート電圧
VDD 電源電圧
Q1 第1のトランジスタ
Q2 第2のトランジスタ
Q3 第3のトランジスタ
Q4 第4のトランジスタ
Q5 第5のトランジスタ
Q6 第6のトランジスタ
Vx 交点
X 差動対
Y 素子対
Z 電流パス
Z1 第1の電流パス
Z2 第2の電流パス
Claims (6)
- 第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む差動対と、それぞれのゲートとドレインが接続される第3のトランジスタ及び第4のトランジスタを有し前記差動対に接続される素子対とを備える差動増幅回路において、
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと並列に第1及び第2の電流パスをそれぞれ設けたことを特徴とする差動増幅回路。 - 前記第1電流パス及び第2の電流パスは、互いに同じサイズの第5のトランジスタ及び第6のトランジスタからなることを特徴とする請求項1に記載の差動増幅回路。
- 前記第5のトランジスタ及び第6のトランジスタは、それぞれのゲート電圧を同一に保持されることを特徴とする請求項1又は2に記載の差動増幅回路。
- 前記第5のトランジスタ及び第6のトランジスタは、それぞれのゲートとドレインとが接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の差動増幅回路。
- 前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタは、低耐圧トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の差動増幅回路。
- 前記差動対の一方には電圧レベルが急峻に変化する信号が入力され、他方には一定の電圧レベルを有する信号が入力されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の差動増幅回路。
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