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JP2906522B2 - Bias circuit - Google Patents
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JP2906522B2 - Bias circuit - Google Patents

Bias circuit

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JP2906522B2
JP2906522B2 JP2023655A JP2365590A JP2906522B2 JP 2906522 B2 JP2906522 B2 JP 2906522B2 JP 2023655 A JP2023655 A JP 2023655A JP 2365590 A JP2365590 A JP 2365590A JP 2906522 B2 JP2906522 B2 JP 2906522B2
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秋雄 玉川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイアス回路に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a bias circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にオペアンプ等のアナログ回路を相補型MOSトラ
ンジタ(CMOSトランジスタ)で構成する場合、定電流源
5が必要となる。
Generally, when an analog circuit such as an operational amplifier is configured by a complementary MOS transistor (CMOS transistor), a constant current source 5 is required.

通常第3図に示すように、pチャネルトランジスタQn
のゲート・ソース間を適当な電圧VrpまたはVrnにバイア
スし、そのトランジスタQp,Qnを飽和領域で動作させて
定電流源5としている。
Usually, as shown in FIG. 3, p-channel transistor Q n
Is biased to an appropriate voltage V rp or V rn , and the transistors Q p and Q n are operated in a saturation region to form a constant current source 5.

バイアス回路10aは、ソース電源VDDに共通接続され、
ゲートが互に共通で一次側のトランジスタのドレイン端
からバイアス電圧Vrpを出力するカレントミラー構成の
pチャネルMOSトランジスタQ1,Q2と、ゲートが共通で
二次側のソースが直接、一次側のソースがソース抵抗R
を介してソース電源VSSに接続されたカレントミラー構
成のnチャネルトランジスタQ3,Q4を有する自己バイア
ス部4aと、二次側のpチャネルMOSトランジスタQ1のソ
ース・ドレイン間に並列接続されたnチャネルのスター
トアップ用トランジスタQ6を有するスタートアップ部1a
を有している。ゲートバイアス部4aを構成する各トラン
ジスタQ1,Q2,Q3,Q4の寸法をそれぞれ(W/L)1,(W/
L)2,(W/L)3,(W/L)4とするとバイアス電流IBは次のよ
うに計算して求められる。
The bias circuit 10 a is commonly connected to the source power supply V DD,
P-channel MOS transistors Q 1 and Q 2 having a common gate and a current mirror configuration outputting a bias voltage V rp from the drain terminal of the primary side transistor, and a secondary side source having a common gate and the primary side being directly connected to the primary side Is the source resistance R
Connected in parallel between the source and the drain of the p-channel MOS transistor to Q 1 and a self-bias unit 4 a with n-channel transistors Q 3, Q 4 of the connected current mirror arrangement to a source power supply V SS, secondary side through the startup portion 1 a having a startup transistor Q 6 of n channels that are
have. The dimensions of the transistors Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 constituting the gate bias section 4 a are respectively (W / L) 1 , (W / L
L) 2, (W / L ) 3, (W / L) 4 to the bias current I B is obtained by calculating as follows.

まず、(W/L)1<(W/L)2,(W/L)3=(W/L)4の場合は第
(1)式となる。
First, when (W / L) 1 <(W / L) 2 , (W / L) 3 = (W / L) 4 , Equation (1) is obtained.

そして、(W/L)1=(W/L)2,(W/L)3<(W/L)4の場合は第
(2)式となる。
Then, when (W / L) 1 = (W / L) 2 , (W / L) 3 <(W / L) 4 , Equation (2) is obtained.

ここでk=μNCox/2であり、μNは電子の移動度、Cox
は単位面積当りの酸化膜容量である。
Where k = μ N C ox / 2, μ N is the electron mobility, C ox
Is the oxide film capacity per unit area.

上式からわかるようにこのバイアス回路に流れるバイ
アス電流IBの電源電圧依存性は小さい。
Power supply voltage dependency of the bias current I B flowing through the bias circuit as can be seen from the above equation is small.

したがってこのバイアス回路を使用してオペアンプを
構成した場合に、電源電圧VDDが高くなった場合の消費
電力の増大はおさえられ、利得等のオペアンプの性能の
電源電圧依存性も少くなるという利点がある。
Therefore, when an operational amplifier is configured using this bias circuit, the increase in power consumption when the power supply voltage V DD is increased is suppressed, and the advantage that the performance of the operational amplifier such as gain is less dependent on the power supply voltage is reduced. is there.

このバイアス回路は電源投入時に定電流部4aのトラン
ジスタQ1,Q2,Q3,Q4がオフ状態であった場合、オフ状
態で安定してしまうことを避けるために、電源投入時の
みスタートアップ用トランジスタQ6からスタート電流を
流し込んで回路を本来の動作点へもっている回路、いわ
ゆるスタートアップ部1aを有している。
If the transistors Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 of the constant current section 4 a are in the off state when the power is turned on, this bias circuit is used only when the power is turned on in order to avoid stabilization in the off state. circuit have the circuit to the original operating point from the start-up transistor Q 6 infused with start current, has a so-called start-up section 1a.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のバイアス回路でオペアンプを構成した
場合、1つのチップ上に複数個のオペアンプを作り込む
と、オペアンプの数だけ直流電流のパスが増え、消費電
力が増大するという欠点があった。
When an operational amplifier is configured with the above-described conventional bias circuit, if a plurality of operational amplifiers are formed on one chip, the number of DC current paths is increased by the number of operational amplifiers, and power consumption is increased.

なお、第3図に示すバイアス回路自体の直流電流のパ
スもスタートアップ回路の分の二つが加算され、合計四
つとなっている。
The direct current path of the bias circuit itself shown in FIG. 3 also has a total of four paths by adding two of the paths for the start-up circuit.

本来スタートアップ回路は電源投入時のみ動作すれば
良く、スタートアップ動作終了後も直流電流を流し続け
ることは消費電力を増大させることになる。
Originally, the start-up circuit only needs to operate when the power is turned on. Continuing to supply a DC current after the start-up operation ends increases power consumption.

さらに、従来のバイアス回路は電源電圧が低い範囲で
はバイアス電流の温度依存性が小さいが、電源電圧があ
る電圧値より大きくなると急激にバイアス電流が増大す
るという欠点があった。
Furthermore, the conventional bias circuit has a small temperature dependence of the bias current in a low power supply voltage range, but has a disadvantage that the bias current sharply increases when the power supply voltage exceeds a certain voltage value.

この原因は以下の通りである。 The cause is as follows.

すなわちスタートアップ用トランジスタQ6のゲート電
圧v6は第(3)式の値に固定されている。
That is, the gate voltage v 6 Startup transistor Q 6 is fixed to the value of the equation (3).

そして電圧VDDが大きくなったために電源電圧v6が第
(4)式となるとトランジスタQ6がオンしてVDD電源か
らトランジスタQ6を通してトランジスタQ3へ電流が流れ
込むからである。
And the power supply voltage v 6 to the voltage V DD is greater because the transistor Q 6 becomes a first (4) a current flows to turn on the V DD power supply to the transistor Q 3 through the transistor Q 6.

〔課題を解決するための手段〕 本発明のバイアス回路は、ソースを共通に高圧電源に
接続しゲートを共通に接続すると共に一次側トランジス
タのドレイン端から外部に第1のバイアス電圧を供給す
るカレントミラー構成のpチャネルトランジスタ対と、
該pチャネルトランジスタの一次側及び二次側のドレイ
ンに一次側と二次側が交差対応してドレインが接続しゲ
ートが共通に接続すると共に一次側トランジスタのドレ
イン端から外部に第2のバイアス電圧を供給し二次側の
ソースがソース抵抗を介して一次側のソースが直接に低
圧電源に接続するカレントミラー構成のnチャネルトラ
ンジスタ対とを有する自己バイアス部と、前記pチャネ
ルトランジスタ対の二次側のトランジスタのソース・ド
レイン間にソース・ドレインを並列接続するスタートア
ップ用トランジスタを有し制御信号を入力してバイアス
供給を開始するスタートアップ部とを含むバイアス回路
において、前記スタートアップ部は、制御信号を入力し
て所定のパルス幅の単発パルスを前記スタートアップ用
トランジスタのゲートに供給するパルスジェネレータを
設け、かつ前記自己バイアス部は、前記ソース抵抗と前
記低圧電源との開に前記制御信号を制御端に入力するス
イッチ部を設けて構成されている。
[Means for Solving the Problems] A bias circuit according to the present invention is configured such that a source is commonly connected to a high-voltage power supply, a gate is commonly connected, and a first bias voltage is supplied from a drain end of a primary transistor to the outside. A mirrored p-channel transistor pair,
The primary and secondary sides of the p-channel transistor have drains connected to each other so that the primary side and the secondary side intersect with each other and the gates are connected in common, and a second bias voltage is applied from the drain end of the primary side transistor to the outside. A self-bias unit having a current mirror configuration of an n-channel transistor pair, wherein the source on the secondary side is supplied via a source resistor and the source on the primary side is directly connected to a low-voltage power supply, and the secondary side of the p-channel transistor pair A start-up unit having a start-up transistor that connects a source and a drain in parallel between the source and the drain of the transistor and inputting a control signal to start bias supply, wherein the start-up unit receives a control signal. And a single pulse having a predetermined pulse width is used as a gate of the start-up transistor. DOO to provide a pulse generator which supplies, and the self-bias unit is constituted by a switch section for inputting the control signal to the control terminal to open and the source resistor and the low voltage power supply.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention.

自己のバイアス部4は、第3図の自己バイアス部4a
一次側であるnチャネルトランジスタQ4のソースに接続
されたソース抵抗Rとソース電源との間にnチャネルの
スイッチ用トランジスタQ5のスイッチ部3を挿入してい
る。
The self-biasing unit 4 includes an n-channel switching transistor Q 5 between the source resistance and the source resistor R connected to the source of the n-channel transistor Q 4 which is the primary side of the self-biasing unit 4 a in FIG. Switch unit 3 is inserted.

また、スタートアップ部1は、第3図のスタートアッ
プ部1aの代りに遅延回路Dを有するパルスジェネレータ
2とスタートアップ用トランジスタQ6とを有している。
Further, start-up unit 1, and a pulse generator 2 and startup transistor Q 6 having a delay circuit D in place of the third view of the startup portion 1 a.

第2図は第1図の回路の動作を説明するための各部信
号のタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart of signals of respective parts for explaining the operation of the circuit of FIG.

制御信号SCがローレベル(以下“L"と略す)のとき、
スタートアップ部1のトランジスタQ6はオフしており、
スイッチ用トランジスタQ5もオフしているため定電流源
のpチャネルトランジスタゲート用の出力バイアス電圧
Vrpはハイレベル(以下“H"と略す)、nチャネルトラ
ンジスタゲート用のバイアス電圧VrNは“L"となり、回
路電流IDDは零となっている。
When the control signal S C is at the low level (hereinafter abbreviated as "L"),
The transistor Q 6 of the start-up part 1 is off,
Output bias voltage for p-channel transistor gate of the constant current source for the switching transistor Q 5 is also turned off
V rp is at a high level (hereinafter abbreviated as “H”), the bias voltage V rN for the n-channel transistor gate is “L”, and the circuit current I DD is zero.

制御信号SCが“H"となると、信号SCの立上時t1で、パ
ルスジェネレータ1は単発でパルス幅Tのパルス信号ST
を発生し、スタートアップ用トランジスタQ6をオンさせ
る。
When the control signal S C becomes "H", at the rising time t 1 of the signal S C, the pulse signal S T of the pulse width T pulse generator 1 is single
The occurs, turn on the start-up transistor Q 6.

その時、スイッチ用トランジスタQ5は制御信号SCによ
りオンしているので、バイアス回路10は時点t2以後も本
来の動作点で安定する。
Then, the transistor Q 5 for the switch since the ON by the control signal S C, the bias circuit 10 is stabilized time t 2 later in the original operating point.

再び時点t3で制御信号SCが“L"となると、出力バイア
ス電圧Vrpは“H",VrNは“L"となり、回路電流IDDは零と
なる。
When the control signal S C becomes "L" at time t 3 again, the output bias voltage V rp is "H", V rN becomes "L", the circuit current I DD is zero.

本発明のバイアス回路を用いれば、オペアンプを動作
させない時は直流電流IDDを零とすることができ、回路
を低消費電力化することができる。
By using the bias circuit of the present invention, the DC current I DD can be set to zero when the operational amplifier is not operated, and the circuit can be reduced in power consumption.

またバイアス回路自体の直流電流パスも2通路であ
り、第3図の従来の回路の半分となっている。
Further, the DC current path of the bias circuit itself has two paths, which is half that of the conventional circuit shown in FIG.

ここで、第2の実施例として、パルスジェネレータ2
のパルス信号STが反転しても、スタートアップ用トラン
ジスタQ6とスイッチ用トランジスタQ5の極性を逆にすれ
ば、同様の効果が得られる。
Here, as a second embodiment, the pulse generator 2
Even if the pulse signal S T is inverted, if the polarity of the start-up transistor Q 6 and the switching transistor Q 5 in the reverse, the same effect can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明のバイアス回路は、スイッ
チトランジスタを直列にしてバイアス回路自体の直流電
流パスを減少させ、さらにオペアンプを動作させない時
には直流電流を零とすることができ、バイアス回路を低
消費電力化できるという効果がある。
As described above, the bias circuit of the present invention can reduce the DC current path of the bias circuit itself by connecting the switch transistors in series, and further, can reduce the DC current to zero when the operational amplifier is not operated. There is an effect that power can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は第1図の
回路の動作を説明するための各部信号のタイミングチャ
ート、第3図は従来のバイアス回路の一例の回路図であ
る。 1…スタートアップ部、2…パルスジェネレータ、3…
スイッチ部、4…自己バイアス部、D…遅延回路、IDD
…回路電流、Q1,Q2…p型トランジスタ、Q3,Q4…n型
トランジスタ、Q5…スイッチ用トランジスタ、Q6…スタ
ートアップ用トランジスタ、R…ソース抵抗、SC…制御
信号、ST…パルス信号、T…パルス幅、VDD…ドレイン
電源電圧、VSS…ソース電源電圧、VrN…nチャネルトラ
ンジスタゲート用バイアス電圧、Vrp…pチャネルトラ
ンジスタゲート用バイアス電圧。
FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart of signals of respective parts for explaining the operation of the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional bias circuit. is there. 1. Startup part 2. Pulse generator 3.
Switch section, 4… Self-biasing section, D… Delay circuit, I DD
... circuit current, Q 1, Q 2 ... p-type transistors, Q 3, Q 4 ... n-type transistor, Q 5 ... switching transistors, Q 6 ... startup transistor, R ... source resistance, S C ... control signal, S T : pulse signal, T: pulse width, V DD : drain power supply voltage, V SS : source power supply voltage, V rN : bias voltage for n-channel transistor gate, V rp ... bias voltage for p-channel transistor gate.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ソースを共通に高圧電源に接続しゲートを
共通に接続すると共に一次側トランジスタのドレイン端
から外部に第1のバイアス電圧を供給するカレントミラ
ー構成のpチャネルトランジスタ対と、該pチャネルト
ランジスタの一次側及び二次側のドレインに一次側と二
次側が交差対応してドレインが接続しゲートが共通に接
続すると共に外部に第2のバイアス電圧を供給し二次側
のソースがソース抵抗を介して一次側のソースが直接に
低圧電源に接続するカレントミラー構成のnチャネルト
ランジスタ対とを有する自己バイアス部と、前記pチャ
ネルトランジスタ対の二次側のトランジスタのソース・
ドレイン間にソース・ドレインを並列接続するスタート
アップ用トランジスタを有し制御信号を入力してバイア
ス供給を開始するスタートアップ部とを含むバイアス回
路において、前記スタートアップ部は、制御信号を入力
して所定のパルス幅の単発パルスを前記スタートアップ
用トランジスタのゲートに供給するパルスジェネレータ
を設け、かつ前記自己バイアス部は、前記ソース抵抗と
前記低圧電源との間に前記制御信号を制御端に入力する
スイッチ部を設けたことを特徴とするバイアス回路。
A p-channel transistor pair having a current mirror structure, wherein a source is commonly connected to a high-voltage power supply, a gate is commonly connected, and a first bias voltage is supplied from a drain end of a primary transistor to the outside. The primary side and the secondary side of the channel transistor are connected so that the primary side and the secondary side intersect with each other, the drains are connected to each other, the gates are connected in common, the second bias voltage is supplied to the outside, and the secondary side source is the source. A self-biasing unit having a current mirror configuration of an n-channel transistor pair in which a source on a primary side is directly connected to a low-voltage power supply via a resistor, and a source / source of a transistor on a secondary side of the p-channel transistor pair.
A start-up unit having a start-up transistor for connecting a source and a drain in parallel between the drains and inputting a control signal to start bias supply, wherein the start-up unit receives a control signal and outputs a predetermined pulse. A pulse generator for supplying a single pulse having a width to the gate of the start-up transistor; and a switch unit for inputting the control signal to a control terminal between the source resistor and the low-voltage power supply. A bias circuit.
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