JP2586591B2 - Operational amplifier - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、使用しないとき消費電流を減少させる制御
回路を備え、相補型MOSトランジスタ(以下、CMOSトラ
ンジスタと称する。)で構成された演算増幅器に関する
ものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operational amplifier comprising a control circuit for reducing current consumption when not in use, and comprising a complementary MOS transistor (hereinafter referred to as a CMOS transistor). It is.
従来の技術 近年、ディジタル回路に多く用いられてきたCMOSトラ
ンジスタを用いてアナログ回路を構成し、アナログ回路
とディジタル回路混在の半導体集積回路が作られるよう
になってきた。CMOSトランジスタで構成されたアナログ
回路の中で、重要なものの1つに、演算増幅器がある。2. Description of the Related Art In recent years, analog circuits have been constructed using CMOS transistors that have been widely used in digital circuits, and semiconductor integrated circuits in which analog circuits and digital circuits are mixed have been produced. One of the important analog circuits formed of CMOS transistors is an operational amplifier.
以下に、従来のCMOSトランジスタで構成された演算増
幅器(以下、CMOSオペアンプと称する。)について第2
図に示した回路図を参照して説明する。Hereinafter, an operational amplifier (hereinafter, referred to as a CMOS operational amplifier) including a conventional CMOS transistor will be described.
Description will be made with reference to the circuit diagram shown in the figure.
この回路は、バイアス回路1と、差動回路2と、レベ
ルシフト回路3および出力回路4から構成されている。This circuit includes a bias circuit 1, a differential circuit 2, a level shift circuit 3, and an output circuit 4.
以下に、回路の接続関係を示す。バイアス回路1は、
P型トランジスタ(以下、Pトランジスタと称する。)
5およびN型トランジスタ(以下、Nトランジスタと称
する。)6と7で構成されている。Pトランジスタ5の
ソース電極(以下、ソースと称する。)は正の電源端子
8に、ゲート電極(以下、ゲートと称する。)はPトラ
ンジスタ5のドレイン電極(以下、ドレインと称す
る。)およびNトランジスタ6のドレインとゲートに接
続されている。Nトランジスタ6のソースは、Nトラン
ジスタ7のドレインゲートに接続され、Nトランジスタ
7のソースは負又は接地の電源端子9に接続されてい
る。また、トランジスタ7のゲートはバイアス回路1の
出力端子10に接続されている。The connection relation of the circuit is shown below. The bias circuit 1
P-type transistor (hereinafter, referred to as P transistor)
5 and N-type transistors (hereinafter referred to as N-transistors) 6 and 7. A source electrode (hereinafter, referred to as a source) of the P transistor 5 is connected to a positive power supply terminal 8, and a gate electrode (hereinafter, referred to as a gate) is connected to a drain electrode (hereinafter, referred to as a drain) of the P transistor 5 and an N transistor. 6 is connected to the drain and gate. The source of the N transistor 6 is connected to the drain / gate of the N transistor 7, and the source of the N transistor 7 is connected to the negative or ground power supply terminal 9. The gate of the transistor 7 is connected to the output terminal 10 of the bias circuit 1.
次に、差動回路2は、Pトランジスタ11と12およびN
トランジスタ13,14,15から構成されている。Pトランジ
スタ11のソースは電源端子8に、ゲートとドレインは共
通に、Pトランジスタ12のゲートとNトランジスタ13の
ドレインに接続されている。Pトランジスタ12のソース
は電源端子8に、ドレインはNトランジスタ14のドレイ
ンと差動回路2の出力端子16に接続されている。Nトラ
ンジスタ13のゲートはこのCMOSオペアンプの負の入力端
子17に、ソースはNトランジスタ14のソースとNトラン
ジスタ15のドレインに接続されている。Nトランジスタ
14のゲートはこのCMOSオペアンプの正の入力端子18に接
続されている。Nトランジスタ15のゲートはバイアス回
路の出力端子10に、ソースは電源端子9に接続されてい
る。Next, the differential circuit 2 includes P transistors 11 and 12 and N
It is composed of transistors 13, 14, and 15. The source of the P transistor 11 is connected to the power supply terminal 8, and the gate and the drain are commonly connected to the gate of the P transistor 12 and the drain of the N transistor 13. The source of the P transistor 12 is connected to the power supply terminal 8, and the drain is connected to the drain of the N transistor 14 and the output terminal 16 of the differential circuit 2. The gate of the N transistor 13 is connected to the negative input terminal 17 of the CMOS operational amplifier, and the source is connected to the source of the N transistor 14 and the drain of the N transistor 15. N transistor
The gate of 14 is connected to the positive input terminal 18 of this CMOS operational amplifier. The gate of the N transistor 15 is connected to the output terminal 10 of the bias circuit, and the source is connected to the power supply terminal 9.
次に、レベルシフト回路3は、Nトランジスタ19と20
で構成されている。Nトランジスタ19のドレインは電源
端子8に、ゲートは差動回路の出力端子16に、ソースは
Nトランジスタ20のドレインとレベルシフト回路の出力
端子21に接続されている。Nトランジスタ20のゲートは
バイアス回路の出力端子10に、ソースは電源端子9に接
続されている。Next, the level shift circuit 3 includes N transistors 19 and 20
It is composed of The drain of the N transistor 19 is connected to the power supply terminal 8, the gate is connected to the output terminal 16 of the differential circuit, and the source is connected to the drain of the N transistor 20 and the output terminal 21 of the level shift circuit. The gate of the N transistor 20 is connected to the output terminal 10 of the bias circuit, and the source is connected to the power supply terminal 9.
次に、出力回路4は、Pトランジスタ22と23、Nトラ
ンジスタ24および位相補償キャパシタ25で構成されてい
る。Pトランジスタ22のソースは電源端子8に、ゲート
は差動回路の出力端子16に、ドレインはNトランジスタ
24のドレインと位相補償キャパシタ25およびCMOSオペア
ンプの出力端子26に接続されている。Nトランジスタ24
のゲートはレベルシフト回路の出力端子21に、ソースは
電源端子9に接続されている。Pトランジスタ23のソー
スは差動回路の出力端子16に、ゲートは電源端子9に、
ドレインは位相補償キャパシタ25に接続されている。Next, the output circuit 4 includes P transistors 22 and 23, an N transistor 24, and a phase compensation capacitor 25. The source of the P transistor 22 is at the power supply terminal 8, the gate is at the output terminal 16 of the differential circuit, and the drain is the N transistor.
The drain 24 is connected to the phase compensation capacitor 25 and the output terminal 26 of the CMOS operational amplifier. N transistor 24
Is connected to the output terminal 21 of the level shift circuit, and the source is connected to the power supply terminal 9. The source of the P transistor 23 is connected to the output terminal 16 of the differential circuit, the gate is connected to the power supply terminal 9,
The drain is connected to the phase compensation capacitor 25.
以上のように構成された従来のCMOSオペアンプについ
て、以下その動作を説明する。The operation of the conventional CMOS operational amplifier configured as described above will be described below.
バイアス回路1では、構成トランジスタのサイズで決
定され、バイアス回路の出力端子10に発生するバイアス
電圧を、差動回路2とレベルシフト回路3に供給する。
差動回路2とレベルシフト回路3は、バイアス電圧によ
り回路に電流が流れ動作する。差動回路2では、正の入
力端子18と負の入力端子17に印加された信号の電圧差
を、差動回路2の利得(ゲイン)で増幅して差動回路の
出力端子16より出力する。レベルシフト回路3では、差
動回路の出力端子16から入力された信号を、構成トラン
ジスタのサイズで決定される電圧値により減算し、レベ
ルシフト回路の出力端子21より出力する。レベルシフト
回路3の目的は、出力回路4のNトランジスタ24のゲー
トに印加される電圧を、差動回路2の出力電圧から、一
定の値だけ減少した値にし、出力回路4のゲインを高
め、CMOSオペアンプのトータルゲインを高めることであ
る。出力回路4では、差動回路2の出力とレベルシフト
回路3の出力から、差動回路の出力を出力回路4のゲイ
ンだけ増幅した信号を出力端子26に出力する。In the bias circuit 1, a bias voltage determined at the size of the constituent transistor and generated at the output terminal 10 of the bias circuit is supplied to the differential circuit 2 and the level shift circuit 3.
The differential circuit 2 and the level shift circuit 3 operate by flowing a current into the circuit by the bias voltage. In the differential circuit 2, the voltage difference between the signals applied to the positive input terminal 18 and the negative input terminal 17 is amplified by the gain of the differential circuit 2 and output from the output terminal 16 of the differential circuit. . The level shift circuit 3 subtracts the signal input from the output terminal 16 of the differential circuit by a voltage value determined by the size of the constituent transistor, and outputs the result from the output terminal 21 of the level shift circuit. The purpose of the level shift circuit 3 is to increase the voltage applied to the gate of the N-transistor 24 of the output circuit 4 from the output voltage of the differential circuit 2 by a fixed value, to increase the gain of the output circuit 4, This is to increase the total gain of the CMOS operational amplifier. The output circuit 4 outputs to the output terminal 26 a signal obtained by amplifying the output of the differential circuit by the gain of the output circuit 4 from the output of the differential circuit 2 and the output of the level shift circuit 3.
今、差動回路2のゲインをAd,出力回路4のゲインをA
oとし、入力端子18と17への印加電圧をそれぞれVin +とV
in -とすると、出力端子26の出力信号Voutは、次式で表
わされる。Now, let the gain of the differential circuit 2 be A d and the gain of the output circuit 4 be A d
o and the applied voltages to input terminals 18 and 17 are V in + and V
in - if that, the output signal V out of the output terminal 26 is expressed by the following equation.
Vout=Ad・Ao・(Vin +−Vin -) ……(1) 発明が解決しようとする課題 上記、CMOSオペアンプは、通常半導体集積回路として
用いられる。半導体集積回路では応用によっては、その
動作を止めて、消費電流を減少させる必要が、しばしば
生じる。例えば、通信用の半導体集積回路などでは、通
信の待ち時間には、消費電流を減少させる必要が生じ
る。そこで、CMOSオペアンプも、使用しないとき消費電
流を減少させる必要が生じる。 V out = A d · A o · (V in + -V in -) ...... (1) to be Solved by the Invention above problems, CMOS operational amplifier is used as an ordinary semiconductor integrated circuit. In some semiconductor integrated circuits, it is often necessary to stop the operation and reduce the current consumption depending on the application. For example, in a semiconductor integrated circuit for communication or the like, it is necessary to reduce current consumption during a communication waiting time. Therefore, it is necessary to reduce the current consumption when the CMOS operational amplifier is not used.
しかしながら、上記従来の構成では、CMOSオペアンプ
の消費電流を、減少させる回路を有していないので、消
費電流は、常時一定で、流れつづけているという欠点を
有していた。However, in the above-described conventional configuration, there is no circuit for reducing the current consumption of the CMOS operational amplifier, so that the current consumption is always constant and has a drawback that it continues to flow.
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、使用
しないとき回路動作を止めて、消費電流を減少させるこ
とのできるCMOSオペアンプを提供することを目的とする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a CMOS operational amplifier capable of stopping the circuit operation when not in use and reducing current consumption when not in use.
課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明の演算増幅器は、
第1の制御端子からの信号によりバイアス電圧を発生さ
せたり消滅させたりするバイアス制御回路を備えたバイ
アス回路と、二入力端子を備えた差動回路と、同差動回
路の出力をレベルシフトするレベルシフト回路およびP
型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタが直列接続さ
れた出力段に、前記第1の制御端子からの信号により前
記P型MOSトランジスタの動作を制御し、第2の制御端
子からの信号により前記N型MOSトランジスタの動作を
制御する出力制御回路を備えた出力回路とを備えたもの
である。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, an operational amplifier of the present invention comprises:
A bias circuit having a bias control circuit for generating or eliminating a bias voltage according to a signal from the first control terminal, a differential circuit having two input terminals, and level shifting the output of the differential circuit Level shift circuit and P
An operation of the P-type MOS transistor is controlled by a signal from the first control terminal to an output stage in which a N-type MOS transistor and an N-type MOS transistor are connected in series, and the N-type MOS transistor is controlled by a signal from a second control terminal. An output circuit including an output control circuit for controlling the operation of the MOS transistor.
作用 本発明の演算増幅器によれば、動作時には回路を通常
の動作させ、不使用時には電流を遮断して回動動作を止
めることができるとともに、出力回路での吸い込み電流
および吐き出し電流も止めることができる。According to the operational amplifier of the present invention, the circuit can be operated normally during operation, the current can be cut off when not in use, and the turning operation can be stopped, and the sink current and the discharge current in the output circuit can be stopped. it can.
実施例 以下、本発明の演算増幅器の実施例について、第1図
に示した回路図を参照しながら説明する。Embodiment An embodiment of an operational amplifier according to the present invention will be described below with reference to the circuit diagram shown in FIG.
この回路は、バイアス回路27,差動回路2,レベルシフ
ト回路3および出力回路28で構成されている。This circuit includes a bias circuit 27, a differential circuit 2, a level shift circuit 3, and an output circuit 28.
まず、バイアス回路27は、Pトランジスタ5とNトラ
ンジスタ6と7からなるバイアス部とPトランジスタ29
とNトランジスタ30からなるバイアス制御回路とから構
成されている。Pトランジスタ5のソースは電源端子8
に、ゲートはPトランジスタ29のドレインとNトランジ
スタ30のドレインに、ドレインはNトランジスタ6のド
レインとゲート13とNトランジスタ30のソースに接続さ
れている。Nトランジスタ6のソースはNトランジスタ
7のドレインとゲートおよびバイアス回路27の出力端子
10に接続されている。Nトランジスタ7のソースは電源
端子9に接続されている。Pトランジスタ29のソースは
電源端子8に、ゲートとNトランジスタ30のゲートは第
1の制御端子31に接続されている。First, the bias circuit 27 includes a bias section including the P transistor 5 and the N transistors 6 and 7 and the P transistor 29.
And a bias control circuit comprising an N-transistor 30. The source of the P transistor 5 is the power terminal 8
The gate is connected to the drain of the P transistor 29 and the drain of the N transistor 30, and the drain is connected to the drain and gate 13 of the N transistor 6 and the source of the N transistor 30. The source of N transistor 6 is the drain and gate of N transistor 7 and the output terminal of bias circuit 27.
Connected to 10. The source of the N transistor 7 is connected to the power supply terminal 9. The source of the P transistor 29 is connected to the power supply terminal 8, and the gate and the gate of the N transistor 30 are connected to the first control terminal 31.
次に、差動回路2とレベルシフト回路3は、第2図で
説明した従来例の構成と同様のものであるので接続関係
の説明を省略する。Next, the differential circuit 2 and the level shift circuit 3 have the same configuration as the conventional example described with reference to FIG.
次に、出力回路28は、ゲートが差動回路2の出力端子
16に接続され電源端子8の電圧を制御して出力する第1
のMOSトランジスタであるPトランジスタ22とPトラン
ジスタ23、ゲートがレベルシフト回路3の出力端子21に
接続されかつ電源端子9の電圧を制御して出力する第2
のMOSトランジスタであるNトランジスタ24および位相
補償キャパシタ25からなる。さらに、出力回路28は、バ
イアス回路27がバイアス電圧を消滅させた場合、ゲート
電位を固定し貫通電流が流れるのを防止するため、第1
のスイッチ手段であるPトランジスタ32、第2のスイッ
チ手段であるNトランジスタ35、第3のスイッチ手段で
あるPトランジスタ33およびNトランジスタ34とを備え
ている。Pトランジスタ22のソースは電源端子8に、ゲ
ートは差動回路2の出力端子16に、ドレインはNトラン
ジスタ24のドレインと位相補償キャパシタおよびCMOSオ
ペアンプの出力端子28に接続されている。Nトランジス
タ24のゲートはPトランジスタ33のドレインとNトラン
ジスタ34のソースおよびNトランジスタ35のドレイン
に、ソースは電源端子9に接続されている。Pトランジ
スタ23のソースは差動回路2の出力端子16に、ゲートは
電源端子9に、ドレインは位相補償キャパシタ25に接続
されている。Pトランジスタ32のソースは電源端子8
に、ゲートは第1の制御端子31に、ドレインは差動回路
2の出力端子16に接続されている。Nトランジスタ34の
ドレインはレベルシフト回路3の出力端子21に、ゲート
は第1の制御端子31に接続されている。Pトランジスタ
33のソースはレベルシフト回路3の出力端子21にゲート
はCMOSオペアンプの第2の制御端子36に接続されてい
る。Nトランジスタ35のゲートは第2の制御端子36に、
ソースは電源端子9に接続されている。Next, the output circuit 28 has a gate connected to the output terminal of the differential circuit 2.
16 which is connected to 16 and controls and outputs the voltage of the power supply terminal 8
The P-transistor 22 and the P-transistor 23, which are the MOS transistors, have their gates connected to the output terminal 21 of the level shift circuit 3 and control the voltage of the power supply terminal 9 for output.
And a phase compensation capacitor 25. Further, when the bias circuit 27 eliminates the bias voltage, the output circuit 28 fixes the first gate to prevent the through current from flowing.
, A P-transistor 32 as a switch means, an N-transistor 35 as a second switch means, and a P-transistor 33 and an N-transistor 34 as a third switch means. The source of the P transistor 22 is connected to the power supply terminal 8, the gate is connected to the output terminal 16 of the differential circuit 2, and the drain is connected to the drain of the N transistor 24 and the output terminal 28 of the phase compensation capacitor and the CMOS operational amplifier. The gate of the N transistor 24 is connected to the drain of the P transistor 33, the source of the N transistor 34 and the drain of the N transistor 35, and the source is connected to the power supply terminal 9. The source of the P transistor 23 is connected to the output terminal 16 of the differential circuit 2, the gate is connected to the power supply terminal 9, and the drain is connected to the phase compensation capacitor 25. The source of the P transistor 32 is the power supply terminal 8
The gate is connected to the first control terminal 31 and the drain is connected to the output terminal 16 of the differential circuit 2. The drain of the N transistor 34 is connected to the output terminal 21 of the level shift circuit 3, and the gate is connected to the first control terminal 31. P transistor
The source of 33 is connected to the output terminal 21 of the level shift circuit 3, and the gate is connected to the second control terminal 36 of the CMOS operational amplifier. The gate of the N transistor 35 is connected to the second control terminal 36,
The source is connected to the power supply terminal 9.
以上のように構成された本発明のCMOSオペアンプにつ
いて、以下その動作を説明する。The operation of the CMOS operational amplifier of the present invention configured as described above will be described below.
動作を、通常動作状態と低消費電流状態の2つに分け
て説明する。通常動作状態と低消費電流状態は、第1の
制御端子31と第2の制御端子36に入力される信号により
選択される。今、電源端子8の電圧値を正のVDD、電源
端子9の電圧値を負のVSSとする。通常動作状態にする
ためには、第1の制御端子31に入力する電圧をVDD、第
2の制御端子36に入力する電圧をVSSにする。低消費電
流状態にするためには、第1の制御端子31に入力する電
圧をVSS、第2の制御端子36に入力する電圧をVDDにす
る。以上説明した動作状態と制御端子の電圧値の関係を
表にまとめると以下のようになる。The operation will be described by dividing the operation into a normal operation state and a low current consumption state. The normal operation state and the low current consumption state are selected by signals input to the first control terminal 31 and the second control terminal 36. Now, assume that the voltage value of the power supply terminal 8 is positive V DD and the voltage value of the power supply terminal 9 is negative V SS . To enter the normal operation state, the voltage input to the first control terminal 31 is set to V DD , and the voltage input to the second control terminal 36 is set to V SS . To achieve the low current consumption state, the voltage input to the first control terminal 31 is set to V SS , and the voltage input to the second control terminal 36 is set to V DD . The relationship between the operating state described above and the voltage value of the control terminal is summarized in the following table.
まず、通常動作状態の動作を説明する。 First, the operation in the normal operation state will be described.
最初に、バイアス回路27の動作を説明する。通常動作
状態であるから、第1の制御端子31は、VDDに固定され
ている。第1の制御端子31は、Pトランジスタ29のゲー
トに接続されているから、Pトランジスタ29のゲート・
ソース間電圧(以下、VGSと称する。)は、0Vであるの
で、Pトランジスタ29は遮断している。又、第1の制御
端子31は、Nトランジスタ30のゲートに接続されている
から、Nトランジスタ30のVGSは、Nトランジスタのし
きい値電圧を上回り、Nトランジスタ30は、導通状態に
ある。Pトランジスタ29が、遮断しているので、Nトラ
ンジスタ30のドレイン・ソース間には、電流は流れな
い。従って、MOSトランジスタ特性によりNトランジス
タ30のドレインとソースは、同電位である。この回路接
続によりPトランジスタ5のゲートとドレインおよびN
トランジスタ6のドレインとゲートは、すべて同電位と
なり従来のバイアス回路と同じ接続となる。Pトランジ
スタ5とNトランジスタ6で決定される電流が、Nトラ
ンジスタ7に流れ、この電流値と、Nトランジスタ7の
ゲートサイズで決定されるバイアス電圧が、バイアス回
路27の出力端子10より出力される。First, the operation of the bias circuit 27 will be described. Since it is in the normal operation state, the first control terminal 31 is fixed to VDD . Since the first control terminal 31 is connected to the gate of the P transistor 29,
Source voltage (hereinafter, referred to as V GS.) Since there are at 0V, which shuts off the P transistor 29. Further, since the first control terminal 31 is connected to the gate of the N transistor 30, the V GS of the N transistor 30 exceeds the threshold voltage of the N transistor, and the N transistor 30 is in a conductive state. Since the P transistor 29 is cut off, no current flows between the drain and source of the N transistor 30. Therefore, the drain and source of the N transistor 30 have the same potential due to the characteristics of the MOS transistor. With this circuit connection, the gate and drain of P transistor 5 and N
The drain and the gate of the transistor 6 are all at the same potential and have the same connection as the conventional bias circuit. The current determined by the P transistor 5 and the N transistor 6 flows through the N transistor 7, and the current value and the bias voltage determined by the gate size of the N transistor 7 are output from the output terminal 10 of the bias circuit 27. .
次に、差動回路2では、Nトランジスタ15のゲートに
バイアス電圧が印加されることにより、Pトランジスタ
11と12、Nトランジスタ13と14で構成する差動部に電流
が流れ、この電流を正の入力端子18と負の入力端子17に
印加された信号電圧で、分配することで負荷トランジス
タであるPトランジスタ12のソース・ドレイン間の電圧
を変え、正の入力端子18と負の入力端子17の電圧差を、
差動回路2のゲインで増幅した信号を差動回路2の出力
端子16より出力する。Next, in the differential circuit 2, by applying a bias voltage to the gate of the N transistor 15, the P transistor
A current flows through a differential section composed of 11 and 12, and N transistors 13 and 14. This current is distributed by a signal voltage applied to a positive input terminal 18 and a negative input terminal 17, thereby forming a load transistor. The voltage between the source and the drain of the P transistor 12 is changed, and the voltage difference between the positive input terminal 18 and the negative input terminal 17 is
The signal amplified by the gain of the differential circuit 2 is output from the output terminal 16 of the differential circuit 2.
レベルシフト回路3では、差動回路2の出力端子から
の信号をPトランジスタ19とNトランジスタ20のサイズ
で決定される電圧値で減算し、レベルシフト出力を得て
レベルシフト回路の出力端子21より出力する。In the level shift circuit 3, a signal from the output terminal of the differential circuit 2 is subtracted by a voltage value determined by the size of the P transistor 19 and the N transistor 20, and a level shift output is obtained. Output.
次に、出力回路28の動作を説明する。第1の制御端子
31は、VDDのレベルにあるから、Pトランジスタ32のゲ
ートもVDDのレベルであり、Pトランジスタ32は遮断し
ている。従って、Pトランジスタ32のドレインは、ハイ
インピーダンス状態であり、差動回路2の出力の動作を
なんらさまたげるものではない。同様に、第2の制御端
子36はVSSのレベルにあるから、Nトランジスタ35のゲ
ートもVSSレベルにあり、Nトランジスタ35は、遮断し
ている。従って、Nトランジスタ35のドレインは、ハイ
インピーダンス状態であり、Nトランジスタ35が無いの
に等しい。Pトランジスタ33とNトランジスタ34は、ア
ナログ・スイッチを構成している。今、第1の制御端子
31がVDDレベルで、第2の制御端子36がVSSレベルである
ため、Pトランジスタ33とNトランジスタ34は、とも
に、導通している。また、Pトランジスタ33のドレイン
とNトランジスタ34のソースは、Nトランジスタ24のゲ
ートに接続されており、Pトランジスタ33とNトランジ
スタ34に電流は流れない。従ってPトランジスタ33のド
レイン・ソース間とNトランジスタ34のドレイン・ソー
ス間の電位は等しい。すなわち、レベルシフト回路3の
出力端子21が、Nトランジスタ24のゲートにつながり、
出力回路28は、従来例と同様に、差動回路2の出力を出
力回路28のゲインで増幅し出力する。Next, the operation of the output circuit 28 will be described. First control terminal
Since 31 is at the level of V DD , the gate of the P transistor 32 is also at the level of V DD and the P transistor 32 is shut off. Therefore, the drain of the P transistor 32 is in a high impedance state, and does not hinder the output operation of the differential circuit 2 at all. Similarly, since the second control terminal 36 is at the V SS level, the gate of the N transistor 35 is also at the V SS level, and the N transistor 35 is shut off. Therefore, the drain of the N transistor 35 is in a high impedance state, which is equivalent to the absence of the N transistor 35. The P transistor 33 and the N transistor 34 constitute an analog switch. Now, the first control terminal
Since 31 is at the V DD level and the second control terminal 36 is at the VSS level, both the P transistor 33 and the N transistor 34 are conducting. Further, the drain of the P transistor 33 and the source of the N transistor 34 are connected to the gate of the N transistor 24, and no current flows through the P transistor 33 and the N transistor 34. Therefore, the potential between the drain and source of the P transistor 33 and the potential between the drain and source of the N transistor 34 are equal. That is, the output terminal 21 of the level shift circuit 3 is connected to the gate of the N transistor 24,
The output circuit 28 amplifies the output of the differential circuit 2 with the gain of the output circuit 28 and outputs the same as in the conventional example.
以上から、通常動作状態の動作は、従来例と同じであ
ることがわかる。From the above, it can be seen that the operation in the normal operation state is the same as the conventional example.
次に、低消費電流状態の動作を説明する。 Next, the operation in the low current consumption state will be described.
低消費電流状態すなわちバイアス電圧を消滅させた場
合は、差動回路2の出力がハイインピーダンス状態とな
ったことによる出力回路28のPトランジスタ22およびN
トランジスタ24における貫通電流が問題となる。When the low current consumption state, that is, when the bias voltage is extinguished, the P transistor 22 and the N
The through current in the transistor 24 becomes a problem.
この貫通電流を防止するため、Nトランジスタ24のゲ
ートをレベルシフト回路3から切り離すとともに、Pト
ランジスタ22およびNトランジスタ24がオフするように
ゲートを電源電位に固定する。In order to prevent this through current, the gate of the N transistor 24 is cut off from the level shift circuit 3, and the gate is fixed at the power supply potential so that the P transistor 22 and the N transistor 24 are turned off.
まず、バイアス回路27の動作を説明する。第1の制御
端子31は、VSSレベルにあり、第1の制御端子31が、ゲ
ートに接続されているPトランジスタ29は導通状態、N
トランジスタ30は遮断状態である。Pトランジスタ29に
は、Nトランジスタ30が、遮断しているから電流が流れ
ない。従って、Pトランジスタ29のドレインとソースの
電位は等しく、VDDレベルである。従って、Pトランジ
スタ5は遮断している。Pトランジスタ5が遮断してい
るため、Nトランジスタ6と7には、電流が流れない。
Nトランジスタ7では、ゲートとドレインが接続されて
いるから、電流が流れないときのVGSは、Nトランジス
タのしきい値電圧に等しい。すなわち、バイアス回路27
には、電流が流れず、バイアス回路27の出力端子10に出
力される電圧は、Nトランジスタ7のしきい値電圧+V
SSに等しい。First, the operation of the bias circuit 27 will be described. The first control terminal 31 is at the VSS level, the first control terminal 31 is connected to the gate of the P-transistor 29, and the N-state is turned on.
Transistor 30 is off. No current flows through the P transistor 29 because the N transistor 30 is shut off. Therefore, the potentials of the drain and the source of the P transistor 29 are equal and are at the V DD level. Therefore, the P transistor 5 is shut off. Since the P transistor 5 is shut off, no current flows through the N transistors 6 and 7.
Since the gate and the drain of the N transistor 7 are connected, V GS when no current flows is equal to the threshold voltage of the N transistor. That is, the bias circuit 27
, No current flows, and the voltage output to the output terminal 10 of the bias circuit 27 is equal to the threshold voltage of the N transistor 7 + V
Equal to SS .
次に、差動回路2では、バイアス回路27から出力され
るバイアス電圧がしきい値電圧+VSSであるため、Nト
ランジスタ15に電流が流れず、Pトランジスタ11と12お
よびNトランジスタ13と14はすべて遮断しており、Pト
ランジスタ12のドレインとNトランジスタ14のドレイン
はハイインピーダンス状態であり差動回路2からの出力
は、差動回路2では決まらない。Next, in the differential circuit 2, since the bias voltage output from the bias circuit 27 is the threshold voltage + VSS , no current flows through the N transistor 15, and the P transistors 11 and 12 and the N transistors 13 and 14 All are shut off, the drain of the P transistor 12 and the drain of the N transistor 14 are in a high impedance state, and the output from the differential circuit 2 is not determined by the differential circuit 2.
レベルシフト回路3では、バイアス電圧がしきい値電
圧+VSSであるため、Nトランジスタ20が遮断し、電流
が流れない。また、Nトランジスタ19のゲート・ソース
間も、Nトランジスタ19のしきい値電圧に等しく、レベ
ルシフト回路3の出力電圧は、差動回路の出力電圧−し
きい値電圧となる。The level shift circuit 3, since the bias voltage is the threshold voltage + V SS, shuts off the N-transistor 20, a current does not flow. The voltage between the gate and the source of the N transistor 19 is equal to the threshold voltage of the N transistor 19, and the output voltage of the level shift circuit 3 is equal to the output voltage of the differential circuit minus the threshold voltage.
次に、出力回路28では、第1の制御端子31がVSSレベ
ル、第2の制御端子36がVDDレベルであることから、P
トランジスタ32とNトランジスタ35は導通状態であり、
アナログ・スイッチを構成するPトランジスタ33とNト
ランジスタ34は遮断状態である。Pトランジスタ32が導
通していることと、このトランジスタに電流が流れない
ことから、このトランジスタのドレインは、VDDに等し
い。従って、差動回路2の出力電圧は、VDDレベルにな
り、Pトランジスタ22は、完全に遮断し、Pトランジス
タ22のドレインはハイインピーダンス状態である。次
に、Pトランジスタ33とNトランジスタ34が遮断し、N
トランジスタ35が導通していることから、Nトランジス
タ24のゲートの電位はVSSになり、Nトランジスタ24
は、完全に遮断し、Nトランジスタ24のドレインはハイ
インピーダンス状態となる。従って、出力回路28にも電
流は流れず、CMOSオペアンプの出力端子26からの吸い込
み,吐き出し電流も流れない。Next, in the output circuit 28, since the first control terminal 31 is at the V SS level and the second control terminal 36 is at the V DD level,
Transistor 32 and N-transistor 35 are conducting,
The P-transistor 33 and the N-transistor 34 constituting the analog switch are in a cut-off state. The drain of this transistor is equal to VDD because P transistor 32 is conducting and no current flows through this transistor. Therefore, the output voltage of the differential circuit 2 becomes the VDD level, the P transistor 22 is completely cut off, and the drain of the P transistor 22 is in a high impedance state. Next, the P transistor 33 and the N transistor 34 are cut off,
Since the transistor 35 is conducting, the potential of the gate of the N transistor 24 becomes V SS ,
Is completely shut off, and the drain of the N transistor 24 enters a high impedance state. Therefore, no current flows in the output circuit 28, and no current flows into and out of the output terminal 26 of the CMOS operational amplifier.
以上のように、本実施例によれば、差動回路2とレベ
ルシフト回路3へバイアス電圧を供給するバイアス回路
27に、バイアス電流を流し、バイアス電圧を発生させる
か、バイアス電流を止め、バイアス電圧を消減させ、低
消費状態にするかを制御するためのP型トランジスタ29
とN型トランジスタ30で構成されたバイアス制御回路を
設けている。また、出力回路28の出力用P画トランジス
タ22のゲート電圧を、差動回路2の出力に従わせ、通常
の動作を行わせるか、または、P型トランジスタ22のゲ
ート電圧を電源電圧に固定し、吐き出し電流を生じさせ
ないかを、制御するためのP型トランジスタ32と、出力
回路28の出力用にN型トランジスタ24のゲート電圧を、
レベルシフト回路3に接続し、通常の動作を行わせる
か、それとも、N型トランジスタ24のゲート電圧を、レ
ベルシフト回路3から切断し、出力用N型トランジスタ
24が、吸い込み電流を生じないような低い電圧に固定す
るかの制御を行うためのP型トランジスタ33およびN型
トランジスタ34と35とにより出力回路28を制御する回路
を設けている。これによりCMOSオペアンプに、通常の回
路動作をさせることもできるとともに、使用しないとき
回路動作を止め、消費電流を減少させることもできる。
さらに、出力回路28の吐き出し電流と吸い込み電流を止
めることもできる。As described above, according to the present embodiment, the bias circuit that supplies the bias voltage to the differential circuit 2 and the level shift circuit 3
27, a P-type transistor 29 for controlling whether a bias current is supplied to generate a bias voltage or whether the bias current is stopped, the bias voltage is reduced, and the power consumption is reduced.
And an N-type transistor 30 for bias control. Further, the gate voltage of the output P-picture transistor 22 of the output circuit 28 is made to follow the output of the differential circuit 2 to perform a normal operation, or the gate voltage of the P-type transistor 22 is fixed to the power supply voltage. A gate voltage of a P-type transistor 32 for controlling whether or not a discharge current is generated, and a gate voltage of an N-type transistor 24 for output of an output circuit 28,
Connect to the level shift circuit 3 to perform a normal operation, or disconnect the gate voltage of the N-type transistor 24 from the level shift circuit 3 and output the N-type transistor.
A circuit 24 controls the output circuit 28 with a P-type transistor 33 and N-type transistors 34 and 35 for controlling whether the voltage is fixed to a low voltage that does not generate a sink current. This allows the CMOS operational amplifier to perform normal circuit operation, and also stops the circuit operation when not in use to reduce current consumption.
Further, the discharge current and the sink current of the output circuit 28 can be stopped.
発明の効果 以上のように、本発明は、バイアス回路にP型トラン
ジスタとN型トランジスタの各1個を付加して構成され
たバイアス制御回路と、電源端子8と9の間に直列接続
された出力回路の出力用P型トランジスタとN型トラン
ジスタの出力用P型トランジスタのゲート電圧を制御す
るP型トランジスタと出力回路の出力用N型トランジス
タのゲート電圧を制御するN型トランジスタ2個とP型
トランジスタを付加して構成された出力制御回路とを設
けることにより不使用時には電流を遮断してCMOSオペア
ンプの消費電流を減らす動作を実現することができる。
さらに、CMOSオペアンプの出力の吐き出し電流,吸い込
み電流を止めることができ、消費電流を減らすことがで
きる。As described above, according to the present invention, a bias control circuit configured by adding one P-type transistor and one N-type transistor to a bias circuit and the power supply terminals 8 and 9 are connected in series. P-type transistor for controlling the gate voltage of the output P-type transistor of the output circuit and the P-type transistor for output of the N-type transistor, two N-type transistors for controlling the gate voltage of the output N-type transistor of the output circuit, and P-type transistor By providing an output control circuit configured by adding a transistor, an operation of cutting off current when not in use and reducing current consumption of the CMOS operational amplifier can be realized.
Furthermore, the source current and sink current of the output of the CMOS operational amplifier can be stopped, and the current consumption can be reduced.
第1図は本発明の演算回路の実施例を示すCMOSオペアン
プの回路図、第2図は従来のCMOSオペアンプの回路図で
ある。 2……差動回路、3……レベルシフト回路、8……正の
電源端子、9……負又は接地の電源端子、5,11,12,22,2
3,29,32,33……P型MOSトランジスタ、6,7,13,14,15,1
9,20,24,30,34,35……N型MOSトランジスタ、10……バ
イアス回路の出力端子、16……差動回路の出力端子、17
……負の入力端子、18……正の入力端子、21……レベル
シフト回路の出力端子、25……位相補償キャパシタ、26
……CMOSオペアンプの出力端子。FIG. 1 is a circuit diagram of a CMOS operational amplifier showing an embodiment of an arithmetic circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional CMOS operational amplifier. 2 ... Differential circuit, 3 ... Level shift circuit, 8 ... Positive power supply terminal, 9 ... Negative or ground power supply terminal, 5,11,12,22,2
3,29,32,33 …… P-type MOS transistor, 6,7,13,14,15,1
9, 20, 24, 30, 34, 35 ... N-type MOS transistor, 10 ... output terminal of bias circuit, 16 ... output terminal of differential circuit, 17
…… Negative input terminal, 18… Positive input terminal, 21 …… Output terminal of level shift circuit, 25 …… Phase compensation capacitor, 26
…… Output terminal of CMOS operational amplifier.
Claims (1)
たは消滅させるバイアス回路と、二入力端子を備え前記
バイアス電圧により電流が制御される差動回路と、前記
差動回路の出力をレベルシフトするレベルシフト回路
と、制御端子が前記差動回路の出力端子に接続されかつ
第1の電源電圧を制御して出力する第1のMOSトランジ
スタ、および制御端子が前記レベルシフト回路の出力端
子に接続されかつ第2の電源電圧を制御して出力する第
2のMOSトランジスタを有した出力回路とを備えた演算
増幅器であって、 前記バイアス回路がバイアス電圧を消滅させる場合に動
作する第1のスイッチ手段、第2のスイッチ手段および
第3のスイッチ手段を有し、 前記第1のスイッチ手段は前記第1のMOSトランジスタ
の制御端子に第1の電源電圧を供給するものであり、前
記第2のスイッチ手段は前記第2のMOSトランジスタの
制御端子に第2の電源電圧を供給するものであり、前記
第3のスイッチ手段は前記レベルシフト回路の出力を前
記第2のMOSトランジスタの制御端子から切り離すもの
でありかつ前記レベルシフト回路の出力端子と前記第2
のMOSトランジスタの制御端子との間に設けたことを特
徴とする演算増幅器。A bias circuit for generating or extinguishing a bias voltage based on a control signal; a differential circuit having two input terminals, the current of which is controlled by the bias voltage; and an output of the differential circuit being level-shifted. A level shift circuit, a first MOS transistor having a control terminal connected to an output terminal of the differential circuit and controlling and outputting a first power supply voltage, and a control terminal connected to an output terminal of the level shift circuit And an output circuit having a second MOS transistor for controlling and outputting a second power supply voltage, wherein the first switch means operates when the bias circuit eliminates the bias voltage. , A second switch means and a third switch means, wherein the first switch means supplies a first power supply voltage to a control terminal of the first MOS transistor. Wherein the second switch means supplies a second power supply voltage to a control terminal of the second MOS transistor, and the third switch means outputs an output of the level shift circuit to the second MOS transistor. And a control terminal of the second MOS transistor and the output terminal of the level shift circuit and the second terminal.
An operational amplifier provided between the control terminal of the MOS transistor and the control terminal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184339A JP2586591B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Operational amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184339A JP2586591B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Operational amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233206A JPH0233206A (en) | 1990-02-02 |
| JP2586591B2 true JP2586591B2 (en) | 1997-03-05 |
Family
ID=16151569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63184339A Expired - Lifetime JP2586591B2 (en) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | Operational amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2586591B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6410709A (en) * | 1987-07-01 | 1989-01-13 | Nec Corp | Operational amplifier |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63184339A patent/JP2586591B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0233206A (en) | 1990-02-02 |
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