JPH0362712A - Cmos演算増幅器回路 - Google Patents

Cmos演算増幅器回路

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JPH0362712A
JPH0362712A JP1198821A JP19882189A JPH0362712A JP H0362712 A JPH0362712 A JP H0362712A JP 1198821 A JP1198821 A JP 1198821A JP 19882189 A JP19882189 A JP 19882189A JP H0362712 A JPH0362712 A JP H0362712A
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JP
Japan
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channel mos
circuit
trs
voltage
current
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JP1198821A
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English (en)
Inventor
Koji Yoshii
宏治 吉井
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、CMO8集積回路における演算増幅器に関す
る。
[従来の技術] 最近、装置のコストダウン、小型化等の要求から、アナ
ログ信号とデジタル信号が混在する電子回路ノステムを
1ヂツフ化しようとする試みが進められており、その具
体化の一つとしてCMOSトランジスタの集積回路にて
尖現されている。
CMOSトランジスタを用いた演算増幅器としては、第
5図あるいは第6図に示すように、PチャンネルMOS
トランジスタもしくはNチャンネルMOSトランジスタ
を対とする差動入力段X、Yのいずれか一つを入力部に
配したものである。第5図に示した一路において(よ、
■)チャンネルMOSトランジスタ1と2にてなる差動
段Xに接続されたPチャンネルMOSトランジスタ3は
、PチャンネルMOSトランジスタ4とカレントミラー
回路CIを構成する。一方、PヂャンネルMO9)ラン
ジスタに接続されたNチャンネルMO9)ランジスタ5
は、NチャンネルMO9+−ランジスタロとでカレント
ミラー回路C2を構成する。NチャンネルMOSトラン
ジスタ6に接続されたPチャンネルMO8+−ランノス
タ7の電流は、PチャンネルMO8)ランンスタの電流
Iの1/2となるようにその寸法が定められている。上
記の回路構成において、PチャンネルMOSトランジス
タ2の電圧か降下すると、」二記各カレントモラーCl
C2の作用によって出力端子OUTの電圧が」−昇する
第6図の場合にも上記と類似の作用をなす。
この種の演算増幅器において、同相入力端子範囲では、
第7図で示すように、PMO8を用いた第5図の電源側
電圧の一部(“アバの部分)に対しては不動作とムリ、
又、N IVI OSを用い/:二Is 0図に示す演
算増幅器ではGND(接地)側の電圧の一部(イ”の部
分)で不動作となる。このように、第5図や第6図に示
した従来の演算増幅器では、電源電圧からGNDまでの
全範囲をカバーして動作することがきなかった。これは
、主に入力部差動段のMOS)ランジスタのしきい値電
圧(V th)分が不感帯となるからである。
[課題を解決するための手段] これらの回路を用いて電圧7109回路を構成したとき
の入出力特性は、それぞれ第8図、第9図のように、P
MO3を用いた回路ては電源電圧に近い部分で飽和し、
一方、NMO8を用いた回路ては0ボルト近傍で不動作
となり、いずれにおいても同相入力電圧範囲の制限によ
り入力がGND(OV)から電源電圧(V″−)まで変
化したとき出力は直線的に追従していない。
更に、システム上及びMO8素子の耐圧の制約等により
、アナログ部の電源電圧もロジック部と同様5Vの単一
電源に限定されることが多く、そのために回路のダイナ
ミックレンジが狭くなる結果、ノイズ及び素子特性のば
らつきや変動の影響を受けやすく、高精度なアナログ演
算ができなかった。
従って、このような従来の演算増幅器を用いた回路シス
テムでは、外部からの入力レベルやシステム内部での演
算結果出力が、当該演算増幅器の許容される同相入力電
圧範囲により制限されることのないように、レベル合わ
せのための回路を挿入する必要があり、回路が増大し、
又、回路設計が困難となっていた。
本発明の目的は、入出力電圧範囲の広く、ダイナミック
レンジを広く確保した演算増幅器あるいは比較器を提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明のCMOS演算増幅回路は、入力信号を受けるP
チャンネルMO8+−ランンスタを対とする差動段と、
上記入力信号を受()るNチャンネルMOSトランジス
タを対とする差動段と、前記両差動段の出力を合成する
回路とを備えたことを特徴とする。
[作用] PチャンネルMO8)ランジスタを対とする差動入力部
における人出ツノ特性は電源電位V+側で非直線性とな
るがGND側で直線性となり、方、NチャンネルMOS
トランジスタを対とする差動入力部における入出力特性
は、GND側で非直線性となるが電源電位側では直線性
となる。前記双方の差動入力部を人力部として用い、こ
れらの各差動入力部の直線性を有する出力を合成回路に
よって合成することにより、G N I)から電源電位
にわたって直線性のよい入出力特性が得られる。
[実施例] 以下本発明を一実施例に基づいて説明する。第1図にお
いて、PIないしpH+よ■〕ヂャンネルMOSトラン
ジスタ、NlないしN9はNチャンネルMOSトランジ
スタである。N5.N6は一対のNチャンネルMOS)
ランジスタによる増幅器にてなる差動入力段を形威し、
P9.PIOは一対のPチャンネルMOSトランジスタ
による増幅器にてなる差動入力段を形成している。それ
ぞれのMOS)ランジスタのゲートは、図示のごとく非
反転入力または反転入力を受けるようになっている。P
チャンネルMOSトランジスタP2P3はカレントミラ
ー回路を構成しており、NチャンネルMOSトランジス
タN5のソース・トレイン間の電流に対応する方向が反
転した電流を、上記カレントモラー回路のカレントミラ
ー作用によってPチャンネルMOSトランジスタP2か
らトランジスタN2.N3に供給する。同様にして、P
チャンネルMO8)ランノスタP4.P5は、Nチャン
ネルMOS)ランジスタN6の電流をカレントミラーに
より電流を反転させている。
PチャンネルMOSトランジスタP2のソース(または
ドレイン)は、差動入力段のMOSトランジスタPIO
のソース(またはl・レイン)と接続されて、MOS)
ランンスタ1〕2の電流とPIOとの電流は加算される
ようになっている。NチャンネルMOSトランジスタN
2.N3はカレントミラー回路を構成しており、このカ
レントミラーでMO8+−ランンスタPIOの電流の方
向を反転させている。同様に、PチャンネルMOSトラ
ンジスタP5とP9とは、相互に接続され、両MOSト
ランジスタP5と1) 9との電流は加算される。
NチャンネルMOSトランジスタN4.N8iよ、カレ
ントミラー回路を構I戊してわり、このカレン1− ミ
ラーMO8)ランンスタP9の電流の方向を反転させて
いる。
」二連のように加算された2つの電流は、Nチャンネル
MO3+−ランンスタN5.N6にてなる人力段で得ら
れる出力の電流と、■〕ヂャンネルMOSトランジスタ
P9.PIOにてなる入力段で得られる出力どの合成で
ある。この合成した電流出力を、カレントミラー回路と
して構成されているPチャンネルMOSトランジスタP
 6 、P 7て電圧出力に変換し、このMOSトラン
ジスタP7の出力電圧でPヂャンネルMOSトランジス
タpH及びNチャンネルMOSトランジスタN9て構成
占れる出力段を駆動している。なおPチャンネルMO3
)ランジスタPl、抵抗R1,NチャンネルMO8)ラ
ンノスタN1は差動段の動作電流を決定するバイアス回
路である。CIは位相補償用コンデンサである。
上記の回路構成によって非反転側の入力端子(Nチャン
ネルMOS)ランジスタN5)の入力端子を変更すると
、これに対応してMOSトランジスタpHN9の出力電
圧かせ変化する。ここでNチャンネルMOSトランジス
タN5.N6の差動段は入力端子が0から両MOSトラ
ンジスタN5、N6のしきい電圧(Vth5,6で表す
)ではN5N6にてなる差動段は動作しない。しかしな
がら、このような電圧範囲では、PチチャンネルMO8
I・ランンスタP9.PIOにてなる差動段が動作して
非反転入力端子の端子電圧に対するトランジスタP7と
N2とのコモン点の電圧が変化し、出力端子OUTの電
圧が変化する。
又、非反転入力電圧がPチャンネルMOSトランジスタ
P9.PIOのvthから電源電位の間にあるときには
PチャンネルMO8+・ランンスタP9、PIOの差動
段が動作しないが、この間ではNチャンネルMOS)ラ
ンジスタN5.N6にてなる差動段が動作して非反転入
力端子の電圧端子の電圧変化に対応して出力端子OUT
の出力電圧が変化する。
上記のようにして第1図に示した演算増幅器では、入力
電圧、例えば非反転側の電圧のOVから電源電位までの
変化に対応して直線的比例する出力電圧を得ることがで
きる。従って同相入力電圧範囲を広くとれるとともにダ
イナミックレンジを広くすることができる。
第2図は第1図の演算増幅器を用いて電圧フォロワを構
成した例である。入出力特性は、第3図に示したように
GNDから電源電位までの広い電圧範囲の入力に対し出
力が直線的に追従している。
また、第2図の回路において、非反転入力端子■N+に
比較入力を印加し、一方、反転入力端子■N1こ基準入
力を印加づ−ることによって比較器として用いることも
できる。
第4図は第2図の回路を用いて並列比較型A/Dコンバ
ータを構成した例である。従来、比較器にはヂョッパ型
回路を用いていたため、クロック回路が必要であり、そ
の構成上CMOSトランジスタによるインバータに貫通
電流が流れ消費電流が多かったが、比較器10として第
1図に示した演算増幅器を用いることにより前記の問題
を解決できる。
[発明の効果] 以上詳述したように、この発明はPチャンネルMOSト
ランジスタにてなる差動増幅器とNチャンネルMOSト
ランジスタにてなる差動増幅器と用い、画情幅器の出力
を合成する方法をとったことにより、演算増幅器やコン
パレータ回路における同相入力電圧範囲を電源電位から
GNDまで広く取れる。これにより、回路ソステムの信
号のダイナミックレンジが大きくなり、ノイズや素子持
性の変動、ばらつきの影響を小さくし、高精度演算を可
能にする。また信号レベル設定の必要かなく、回路設計
が容易になり、併せて温度、電源電圧に対する作動範囲
も広くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のCMO8演算増幅器回路一実施例を示
す回路図、第2図は、第1図の回路を電圧フォロワとし
て用いたときの等価図、第3図は、第2図の回路におけ
る入出力特性を示す図、第4図は、第1図の回路の適用
例を示す並列比較型A/D比較器の回路図、第5図及び
第6図は、従来のCMO8演算増幅器の回路図、第7図
は、第5図及び第6図の回路図にお1′Iる同相入力端
子範囲を示す図、第8図及び第9図は、それぞれ第5図
及び第6図の回路を電圧フォロワ回路として用いたとき
の人出力特性を示す図である。 P1〜pH・PチャンネルMOSトランジスタ、N1−
N9・NチャンネルMOSトランジスタ、CI ・・コ
ンデンサ、R抵抗。 1 第 図 r−〜ゝ−)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力信号を受けるPチャンネルMOSトランジス
    タを対とする差動段と、上記入力信号を受けるNチャン
    ネルMOSトランジスタを対とする差動段と、前記両差
    動段の出力を合成する回路とを備えたことを特徴とする
    CMOS演算増幅器回路。
JP1198821A 1989-07-31 1989-07-31 Cmos演算増幅器回路 Pending JPH0362712A (ja)

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