JP2806654B2 - バイアス回路 - Google Patents

バイアス回路

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JP2806654B2
JP2806654B2 JP3232293A JP23229391A JP2806654B2 JP 2806654 B2 JP2806654 B2 JP 2806654B2 JP 3232293 A JP3232293 A JP 3232293A JP 23229391 A JP23229391 A JP 23229391A JP 2806654 B2 JP2806654 B2 JP 2806654B2
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健 内池
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日本電気アイシーマイコンシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバイアス回路に関し、特
に電流セル型D/Aコンバータのセル電流値を決めるバ
イアス回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のバイアス回路は図2に示すよう
に、電源14と接地15との間に抵抗1とMOSトラン
ジスタ2とMOSトランジスタ3を直列に接続し、MO
Sトランジスタ2およびMOSトランジスタ3のゲート
電極を各々のドレイン電極に接続し、かつそれらを出力
端子とした構成になっていた。
【0003】次に従来のバイアス回路の動作について説
明する。抵抗1(以下、R1と略記する)、MOSトラ
ンジスタ2(以下、Q2と略記する)、MOSトランジ
スタ3(以下、Q3と略記する)は直列に接続されてい
るので、これらの素子は電源電圧を各々のインピーダン
スによって分圧し、Q3のゲート電位VG1、Q2のゲート
電位VG2はQ3,Q2に流れる電流Iに依存し、
【0004】
【数1】VG1=VT+√(2I/β3) (()は
√の範囲を示す。以下同様)
【0005】
【数2】 VG2=2VT+√(2I/β3)+√(2I/β2)
【0006】になる。ただし、 β3=μoεoεs/tox×W3/L3、β2=μ0ε0εs/tox×W2/L2 W3;Q3のチャネル幅、L3;Q3のチャネル長、W2;
Q2のチャネル幅、L3;Q2のチャネル長、μo;移動
度、εo;真空中の誘電率、εs;ゲート酸化膜の比誘電
率、tox;ゲート酸化膜厚 これら、ゲート電位VG1,VG2が従来回路の出力電圧で
あり、数式1,数式2が示すように従来回路の出力電圧
はQ3,Q2に流れる電流Iに依存する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のバイアス回路を
電流セル型D/Aコンバータのバイアス回路に用いた場
合の問題点を再び図2を用いて説明する。
【0008】図2はおいてMOSトランジスタ4〜12
(以下、Q4〜Q12と略記する)と抵抗13は電流セル
200を構成し、Q6,Q4,Q5とQ12,Q10,Q11は
切換信号及びその反転信号によってオン,オフを切り換
えられるが、切換タイミングにおいてQ6,Q4,Q5が
短い期間ではあるが同時にオンしている期間が発生し、
Q6,Q4,Q5を介して接地に電流が流れる。
【0009】これはQ2の負荷電流となるので、ゲート
電圧VG2は一時的に低下し、これにともなってゲート電
圧VG1も一時的に低下する。ゲート電圧VG1は電流セル
200の電流値を決定するバイアス電圧でもあるので、
ゲート電圧VG1の一時的な低下は電流セル200の出力
電流、すなわちD/Aコンバータ出力の一時的な低下を
招く。
【0010】ゲート電圧VG2,VG1は時間の経過ととも
に定常値に復帰するが、消費電流低減を狙い、抵抗1,
Q2,Q3に定常的に流す電流を減らすと、それとともに
ゲート電圧VG2から見たインピーダンスが大きくなるた
めゲート電圧VG1が定常値に復帰するには長い時間を要
し、電流セル200の出力電流が定常値に達するに要す
る時間も長くなってしまう。すなわち、バイアス回路の
消費電流を低減しようとすると、D/Aコンバータのセ
ットリングタイムが悪化するという欠点があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願発明の要旨は、電流
セル型電圧−電流変換回路の電流セルにバイアスを与え
るバイアス回路において、各々のゲート電極をドレイン
電極に接続した第1導電型第1,第2,第3,第4,第
5のトランジスタと第2導電型第6トランジスタとを有
し、該第6のトランジスタのソース電極を第1の電源に
接続し、第6のトランジスタのドレイン電極を第1の抵
抗素子を介して第2の電源に接続し、第2導電型第7の
トランジスタのソース電極を第1の電源に接続し、該第
7のトランジスタのゲート電極を前記第6のトランジス
タのゲート電極に接続し、第7のトランジスタのドレイ
ン電極を前記第1のトランジスタのドレイン電極に接続
し、第1のトランジスタのソース電極を前記第2のトラ
ンジスタのドレイン電極に接続し、第2のトランジスタ
のソース電極を前記第3のトランジスタのドレイン電極
に接続し、第3のトランジスタのソース電極を第2の電
源に接続し、第1導電型第8のトランジスタのドレイン
電極を第1の電源に接続し、該第8のトランジスタのゲ
ート電極を前記第1のトランジスタのゲート電極に接続
し、第8のトランジスタのソース電極を前記第4のトラ
ンジスタのドレイン電極に接続し、第4のトランジスタ
のソース電極を前記第5のトランジスタのドレイン電極
に接続し、第5のトランジスタのソース電極を第2の電
源に接続し、前記第8のトランジスタのソース電極の電
圧を第1の出力とし、前記第3のトランジスタのゲート
電圧を第2の出力とし、前記第1の出力で前記電流セル
の入力バイアスを設定し、前記第2の出力で前記電流セ
ルの電流値を定めるバイアスを与えることである。
【0012】
【発明の作用】第8のトランジスタはソースホロワとし
て動作するため、その出力インピーダンスは低く設定で
き、負荷電流による出力電圧変動をおさえる。また、第
8のトランジスタのソース電極電位の変動は、第2のト
ランジスタのゲート電位を変動させぬため、第3のトラ
ンジスタのゲート電位すなわち、バイアス電圧出力は安
定化される。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1は本発明の第1実施例に係るバイアス回
路図である。尚、以下の説明でMOSトランジスタ2〜
18と略記する。抵抗1とQ2〜Q9がバイアス回路10
0を構成しており、Q7のソース電極電位VG2,Q6のド
レイン電極電位VG1が本バイアス回路100の出力電圧
である。MOSトランジスタQ10〜Q18、抵抗19は電
流セル110を構成している。Q10〜Q12およびQ16〜
Q18が切換信号によってオン・オフを切り換えられたタ
イミングにおいて、これが同時にオンする期間にはVG2
出力端子からQ10〜Q12およびQ16〜Q18を介して接地
へ電流が流れるが、この時、Q7はソースホロワとして
動作し、その出力インピーダンスrOUTは、
【0014】
【数3】rout=1/gm=1/√(2Iβ)
【0015】ただしIはQ7のドレイン電流でありβ
は、 β=μoεoεs/tox×W/L W;Q7のチャネル幅、L;Q7のチャネル長である。数
式3に示すように、Q7のドレイン電流を低減してもQ7
のチャネル幅を大きくすることによって、つまりQ7の
βを大きくすることによってQ7の出力インピーダンス
は小さくできるので、VG2出力端子からQ10〜Q12およ
びQ16〜Q18を介して接地へ電流が流れるときに、VG2
の変動を抑えることが可能となる。
【0016】第1実施例では、20,21が第1,第2
の電源となり、抵抗1が第1の抵抗として機能する。第
1〜第8のトランジスタはQ4,Q5,Q6,Q8,Q9,
Q2,Q3,Q7で構成されている。
【0017】具体例を示すと例えば電源電圧5V、MO
Sトランジスタの導電係数K=20μA/V2とする
時、図2に示した従来例ではMOSトランジスタ2のゲ
ート電極、すなわちバイアス電圧の出力からみたインピ
ーダンスは、 r1//{(gm22)-1+(gm23)-1}と表せ、 r1;抵抗素子1の抵抗、gm22;MOSトランジスタ
2のコンダクタンス、gm23;MOSトランジスタ3の
コンダクタンス このインピーダンスが4KΩとなるようにr1,gm2
2,gm23を決めると、 r1=3V/46.875μA=64KΩ gm22=gm23 =1/√(2×46.875μA×20μA/V2×117.1875) =0.00046875 と計算でき、この時バイアス回路の消費電流は46.8
75μAとなる。
【0018】一方、図1に示した実施例ではMOSトラ
ンジスタ8のゲート電極すなわちバイアス電圧の出力か
ら見たインピーダンスは、 (gm17)-1//{(gm18)-1+(gm19)-1}と表
せ、 gm17;MOSトランジスタのコンダクタンス、gm1
8;MOSトランジスタ8のコンダクタンス、gm19;
MOSトランジスタ9のコンダクタンス このインピーダンスが4KΩとなるようにgm17,gm
18,gm19を決めると、 gm17=√(2×10μA×20μA/V2×100)=0.0002 gm18=gm19=√(2×10μA×20μA/V2×100)=0.001 と計算でき、バイアス回路の消費電流は25μAとな
る。
【0019】以上の計算より、図1,図2に示されたバ
イアス回路でバイアス電圧の出力から見たインピーダン
スが等しいなら、第1実施例の消費電流は従来例の消費
電流の約53%となり、消費電流を約半分に低減してい
る。また、第1実施例はバイアス回路の消費電流の電源
電圧依存性についても低減している。具体例として電源
電圧VDDが5Vから4.5Vに変動した場合について示
す。従来例ではMOSトランジスタ、MOSトランジス
タ3のゲート・ソース間の電圧を等しく決め、その電圧
をVGSとし、抵抗1、流れる電流をI0、MOSトラン
ジスタ2,3に流れる電流をI1とすると、 I0=VDD−2VGS/R1 I1=β23/2(VGS−VT)2 R1;抵抗1の抵抗値、β23;MOSトランジスタ2,
3のβ I0とI1が等しくなるときのVGSがバイアス電圧であ
り、またそのときのI0=I1の値がバイアス回路の消費
電流である。VDD=5V,VGS=1Vの時、消費電流は
50μAでVDD=4,5Vの時、VGS=0.98V消費
電流は40.5μAとなり約20%変化している。
【0020】第1実施例のバイアス回路において、回路
の電流を決めている抵抗1とMOSトランジスタ2につ
いて電源電圧依存性を示すと、抵抗1に流れる電流をI
2、MOSトランジスタ2に流れる電流をI3とすると、 I2=VDD−VGS/R2 I3=β2/2(VGS−VT)2と表せる。 R2;抵抗1の抵抗値、β2;MOSトランジスタ2のβ これよりVDD=5V、VGS=1Vの時消費電流は5μ
A、VDD=4.5Vの時VGS=0.99V、消費電流は
4.5125μAとなり、従来例と比較すると電源電圧
依存性は約10%低減されている。
【0021】以上述べたように本実施例はD/Aコンバ
ータの動作スピードを維持しつつ、(バイアス電圧の出
力段から見たインピーダンスを維持しつつ)バイアス回
路の低消費電流化をはかれる。
【0022】図3は本発明の第2実施例を示しており、
第1実施例におけるMOSトランジスタを第1導電型は
第2導電型に、第2導電型は第1導電型にかえたもので
ある。第1実施例では第2の電源21を基準としてバイ
アス電圧が決定されているが、第2実施例では第1の電
源20を基準としてバイアス電圧が決定される特徴があ
る。
【0023】第2実施例では第1〜第8のトランジスタ
はQ34,Q35,Q36,Q38,Q39,Q32,Q33,Q37で
それぞれ構成されている。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、D/A
コンバータの電流セルが切り換えられても電流出力設定
電圧VG1が変動せず、またバイアス回路の消費電流すな
わちQ7のドレイン電流を低減してもバイアス電圧VG2
の変動をおさえることができ、バイアス回路の消費電流
を低減しても、D/Aコンバータのセットリングタイム
を悪化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す回路図である。
【図2】従来例の回路図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
1,11,19 抵抗素子 2〜18,32〜38 MOSトランジスタ 20 電源 21 接地 22 切換信号 23 切換信号の反転信号 100 バイアス回路 110 電流セル
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 1/74 G05F 3/16 H01L 43/08 H03F 3/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流セル型電圧−電流変換回路の電流セ
    ルにバイアスを与えるバイアス回路において、各々のゲ
    ート電極をドレイン電極に接続した第1導電型第1,第
    2,第3,第4,第5のトランジスタと第2導電型第6
    トランジスタとを有し、該第6のトランジスタのソース
    電極を第1の電源に接続し、第6のトランジスタのドレ
    イン電極を第1の抵抗素子を介して第2の電源に接続
    し、第2導電型第7のトランジスタのソース電極を第1
    の電源に接続し、該第7のトランジスタのゲート電極を
    前記第6のトランジスタのゲート電極に接続し、第7の
    トランジスタのドレイン電極を前記第1のトランジスタ
    のドレイン電極に接続し、第1のトランジスタのソース
    電極を前記第2のトランジスタのドレイン電極に接続
    し、第2のトランジスタのソース電極を前記第3のトラ
    ンジスタのドレイン電極に接続し、第3のトランジスタ
    のソース電極を第2の電源に接続し、第1導電型第8の
    トランジスタのドレイン電極を第1の電源に接続し、該
    第8のトランジスタのゲート電極を前記第1のトランジ
    スタのゲート電極に接続し、第8のトランジスタのソー
    ス電極を前記第4のトランジスタのドレイン電極に接続
    し、第4のトランジスタのソース電極を前記第5のトラ
    ンジスタのドレイン電極に接続し、第5のトランジスタ
    のソース電極を第2の電源に接続し、前記第8のトラン
    ジスタのソース電極の電圧を第1の出力とし、前記第3
    のトランジスタのゲート電圧を第2の出力とし、前記第
    1の出力で前記電流セルの入力バイアスを設定し、前記
    第2の出力で前記電流セルの電流値を定めるバイアスを
    与えることを特徴とするバイアス回路。
JP3232293A 1991-08-20 1991-08-20 バイアス回路 Expired - Lifetime JP2806654B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58202621A (ja) * 1982-05-21 1983-11-25 Hitachi Ltd D/a変換回路
US4891533A (en) * 1984-02-17 1990-01-02 Analog Devices, Incorporated MOS-cascoded bipolar current sources in non-epitaxial structure

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