JP3662438B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路装置に関するものであり、例えば発振回路で形成された小振幅の高周波信号を受けてデューティがほぼ50%のクロック信号を形成する増幅回路を備えたものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
デジタル集積回路では、発振回路で形成された小振幅信号を増幅して、電源電圧に対応した第1レベルと、回路の接地電位に対応した第2レベルの2値信号に変換して、デジタル回路の動作に必要なクロック信号を形成するものがある。上記増幅回路は、発振周波数が比較的低いものではゲインが比較的大きく設定できるシングルエンド型差動アンプ等簡単な回路を用いることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
デジタル集積回路の高速化に伴い、例えば500MHzを超えるような高速なクロック信号を形成する場合、一般にアンプを高帯域化するとゲインが大きくとれないため、上記のようなシングルエンド型差動アンプでは必要なゲインが確保できない。そこで、本願発明者等は図2に示すように差動アンプを2個縦列接続して高帯域化と必要なゲインを確保することを考えた。この場合、差動アンプを直列形態に接続するために、完全差動化の差動アンプが用いられる。そして、上記のような小振幅信号を増幅する場合、次段の差動MOSFETM16,M17を飽和領域で動作させるために、初段アンプの定電流源の負荷MOSFETM2,M4に並列にダイオード接続のMOSFETM3,M5を接続して出力の動作点を決めるものである。
【0004】
このようにすると、増幅MOSFETM14,M15のドレインにそれぞれ設けられる負荷回路が、並列接続の定電流MOSFETM2とダイオード接続のMOSFETM3及び定電流MOSFETM4とダイオード接続のMOSFETM5となり、電流ミラーMOSFETを負荷回路として用いるシングルエンド型差動アンプに比べてゲインが小さく、図2のように2段直列形態に接続しても十分なゲインが得られない。また、出力段の差動アンプには、出力をバランスさせるためにダミーのインバータ回路が必要となり、回路が複雑になるとともにその分消費電流も増加し、後述するように出力パルスの立ち上がり時間trと立ち下がり時間tdのバランスが悪くパルスデューティが50%からずれてしまうことが本願発明者によって見い出された。
【0005】
この発明の目的は、高速化及び高ゲインを実現した増幅回路を備えた半導体集積回路装置を提供することにある。簡単な構成で高周波数のクロック信号を形成する増幅回路を備えた半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、差動形態にされた第1導電型の第1と第2増幅MOSFETと、上記第1増幅MOSFETのドレインにゲートとドレインが接続された第2導電型の第1MOSFETと、上記第1MOSFETとゲート及びソースが接続されて電流ミラー形態とされ、そのドレインが上記第2増幅MOSFETのドレインに接続された第2導電型の第2MOSFETとを含む第1のシングルエンド型差動アンプと、差動形態にされた第1導電型の第3と第4増幅MOSFETと、上記第3増幅MOSFETのドレインにゲートとドレインが接続された第2導電型の第3MOSFETと、上記第3MOSFETとゲート及びソースが接続されて電流ミラー形態とされ、そのドレインが上記第4増幅MOSFETのドレインに接続された第2導電型の第4MOSFETとを含む第2のシングルエンド型差動アンプとを備え、上記第1と第2増幅MOSFETのゲートには互いに逆相の小振幅入力信号を供給し、上記第2のシングルエンド型差動アンプの上記第3増幅MOSFETのゲートには、上記第2増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力し、上記第4増幅MOSFETのゲートには、上記第1増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力し、上記第4増幅MOSFETのドレインから出力信号を得る。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明に係る半導体集積回路装置に設けられる増幅回路の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、高ゲインを実現するために2個のシングルエンド型差動アンプが用いられる。この2個のシングルエンド型差動アンプを含む増幅回路に供給される入力信号INY,INXは、例えば図示しない発振回路で形成され、電源電圧VDDに対して小さな信号振幅(例えば、0.5V程度)とされた互いに逆相の信号とされる。発振回路は例えば水晶振動子を用いた発振回路とされる。上記増幅回路は上記の小振幅の発振信号を増幅し、電源電圧VDD(例えば3V程度)の回路の接地電位GND(0V)に対応したパルス信号に変換し、クロックパルスとして半導体集積回路装置に形成された内部回路に供給する。
【0008】
上記2個のシングルエンド型差動アンプのうち入力(前段)側の差動アンプは、差動形態にされたPチャンネル型の増幅MOSFETM1、M2と、その共通接続されたソースと電源電圧VDDとの間に設けられた定電流源I1と、上記増幅MOSFETM1,M2のドレインと回路の接地電位GNDとの間に設けられ、電流ミラー形態にされたPチャンネル型の負荷MOSFETM3,M4とから構成される。上記増幅MOSFETM1のゲートには、上記差動入力のうちの一方の入力信号INXが供給され、上記増幅MOSFETM2のゲートには、上記一方の入力信号INXとは逆位相にされた上記差動入力のうちの他方の入力信号INYが供給される。特に制限されないが、上記定電流源I1には定電流2Idsが流れるようにされる。
【0009】
上記2個のシングルエンド型差動アンプのうち出力(後段)側の差動アンプは、差動形態にされたPチャンネル型の増幅MOSFETM5、M6と、その共通接続されたソースと電源電圧VDDとの間に設けられた定電流源I2と、上記増幅MOSFETM5,M6のドレインと回路の接地電位GNDとの間に設けられ、電流ミラー形態にされたPチャンネル型の負荷MOSFETM7,M8とから構成される。この実施例では、パルスデューティの劣化を防ぐために、換言すれば、パルスの立ち上がりtrと立ち下がりtdを均等にしてほぼ50%のデューティを確保するために、上記増幅MOSFETM5のゲートには、入力段の増幅MOSFETM2のドレイン出力が供給され、上記増幅MOSFETM6のゲートには、入力段の増幅MOSFETM1のドレイン出力が供給される。上記定電流源I2には上記電流源I1と同じ定電流2Idsが流れるようにされる。
【0010】
この実施例では、上記のようにパルスデューティが50%からずれてしまうのを防ぐために、2個のシングルエンド型差動アンプの接続に工夫がなされている。つまり、入力側の差動アンプを構成する電流ミラー回路の2つの負荷MOSFETM3とM4のうち、ダイオード接続された入力側の負荷MOSFETM3に対応した増幅MOSFETM1のドレイン出力を、それとは逆に出力側の差動アンプを構成する電流ミラー回路の2つの負荷MOSFETM7とM8のうち、ダイオード接続されない出力側の負荷MOSFETM8に対応した増幅MOSFETM6のゲートに供給する。また、入力側の差動アンプを構成する電流ミラー回路の2つの負荷MOSFETM3とM4のうち、ダイオード接続されない出力側の負荷MOSFETM4に対応した増幅MOSFETM2のドレイン出力を、それとは逆に出力側の差動アンプを構成する電流ミラー回路の2つの負荷MOSFETM7とM8のうち、ダイオード接続された入力側の負荷MOSFETM7に対応した増幅MOSFETM5のゲートに供給する。
【0011】
このように2個のシングルエンド型差動アンプの直列接続する際に、その入力と出力との関係を上記のようにいわばクロスさせて接続させるようにするものである。この理由は、入力側の差動アンプで見ると、増幅MOSFETM1のソースに流れる電流は、負荷MOSFETM3とM4のゲート容量等を駆動する電流が含まれるために、実質的な電流比は全体を100とするとM1:M2=49:51のようにアンバランスとなる。出力側の差動アンプも入力信号が同じなら同様にM5:M6=49:51のようなアンバランスを持つ。したがって、同図のような接続を行うことで、入力側の差動アンプで発生した出力信号のアンバランスを出力側の差動アンプの持つ信号伝達特性のアンバランスによって補正することができる。
【0012】
上記のような信号伝達特性のアンバランスを正確に補正するために、上記入力側の差動形態の増幅MOSFETM1,M2とそれに対応した出力側の増幅MOSFETM5の素子定数が同じく、言い換えるならば、同じ素子サイズに形成される。また、上記と同様に電流ミラー形態にされた入力側の負荷MOSFETM3,M4とそれに対応した出力側の負荷MOSFETM7,M8及び定電流源I1とI2も上記同様にそれぞれに対応したものどうしは、素子サイズが同じものとされる。
【0013】
この実施例では、出力側の差動アンプの出力信号は、Nチャンネル型MOSFETM9と定電流源I4からなる定電流インバータアンプに伝えられる。このようなインバータアンプを偶数個直列接続して、デジタル回路等に供給されるクロックパルスが形成される。同図には、MOSFETM9と定電流源I3、MOSFETM10と定電流源I4からなる2つのインバータアンプと、4個のインバータアンプINV1〜INV4からなる全体で6個から構成される。
【0014】
これらのインバータアンプは、その電流駆動能力が順次に大きくされて最終段では必要な電流駆動能力を持つようにされる。この場合、電源線VDD及びGNDに流れる電流が一定になるように定電流負荷が用いられインバータアンプを偶数個として、2個ずつが対とされて信号変化に無関係に常に一定の電流が流れるようにされる。このように電源線に流れる電流を一定にすることにより、電源供給のためのボンディングワイヤの持つ寄生インダクタンス成分による不所望なノイズの発生を抑えることが出来る。
【0015】
この実施例の増幅回路は、上記のように高帯域化し、しかもゲインを大きく設定しているので、電源線VDD及びGNDに発生するノイズが無視できなくなるるが、上記のようなインバータアンプを用いることによって安定した増幅動作を行わせることができる。
【0016】
図3には、この発明を説明するための波形図が示されている。同図は、前記図1に示した定電流インバータアンプM9のドレイン出力波形と、図2に示された完全差動化アンプを用いた場合の同様なインバータアンプの出力波形が示されている。この出力波形は、コンピュータシュミレーションにより形成されたものである。同図の実線で示したのが、本願発明に係る図1に示した波形図であり、(a)のように立ち上がりtr及び立ち下がりtdとがほぼ同一となり、約50%のパルスデューティを実現している。是れに対して、図2に示した回路では、点線で示したように全体としてのゲインが不足し、立ち上がりtrに比べて立ち下がりtdが遅くなり、その結果パルスデューティが50%以下になってしまっている。このデューティ変動を定量的に算出すると、図1のものでは±3.5%であるのに対して、図2のものでは±8%にも達している。
【0017】
図4には、この発明が適用される磁気ディスクメモリ装置の一実施例の概略ブロック図が示されている。磁気ディスクメモリ装置は、磁気記録面を持つ複数のディクスと、それを回転駆動する駆動装置、上記ディスク面への記録及び再生を行うヘッドと、そのヘッドとの間でリード/ライト信号を授受するリード/ライト(R/W)LSI(集積回路)及びR/WLSIとの間での信号の授受を行う信号処理処理LSI及びコントローラから構成される。
【0018】
この実施例の増幅回路は、信号処理LSIに設けられる。信号処理LSIのAGC回路は、各ヘッドに対応したチャンネル毎の信号振幅を検出して一定の信号振幅になるように自動利得制御を行い、アクティブフィルタAFを通してサーボ回路に供給される。アクティブフィルタAFは、そのカットオフ周波数がレジスタによりADC(アナログ・デジタル・コンパレータ)を制御し、このDACの出力電流に対応した周波数に設定される。
【0019】
上記ADCは、クロックパルスにより動作するチョッパ型のコンパレータを含んでおり、その高精度で高速化のためにクロックパルスは前記のような高い周波数にされる。特に制限されないが、読み出し信号に含まれるクロック信号成分に同期してVCOに含まれる発振回路で形成され、小振幅で約500MHzのような高い周波数信号を前記図1に示したような増幅回路で増幅し、クロックパルスを発生させて上記ADCやデジタル回路に供給される。
【0020】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。すなわち、
(1) 第1導電型の第1増幅MOSFETのドレインにゲートとドレインが接続された第2導電型の第1MOSFETを接続し、上記第1MOSFETと電流ミラー形態とされた第2MOSFETのドレインを上記第1増幅MOSFETと差動形態にされた第2増幅MOSFETのドレインに接続したシングルエンド型差動アンプを2個直列形態に接続し、前段の差動アンプには互いに逆相の小振幅入力信号を供給し、後段のシングルエンド型差動アンプの上記第1増幅MOSFETに対応したMOSFETのゲートには、上記第2増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力し、上記第2増幅MOSFETに対応したMOSFETののゲートには、上記第1増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力して上記第2増幅MOSFETに対応したMOSFETのドレインから出力信号を得るようにすることにより、高ゲインのシングルエンド型差動アンプのアンバランスが補正されて高速化及び高ゲインを実現することができるという効果が得られる。
【0021】
(2) 上記第1と第2のシングルエンド型差動アンプは、対応する素子がそれぞれ同じ素子サイズに形成することにより、シングルエンド型差動アンプの出力のアンバランスを高い精度で補正することができるという効果が得られる。
【0022】
(3) 上記互いに逆相にされた第1と第2の入力信号を発振回路で形成され、電源電圧に対して信号振幅が小さな信号とし出力信号を電源電圧に対応した大振幅信号とすることにより、高周波数のクロックパルスを形成することができるという効果が得られる。
【0023】
(4) 上記増幅回路の出力信号を増幅する増幅MOSFETと定電流負荷からなるインバータ回路の偶数個を更に備えることにより、必要な駆動能力を確保しつつ、電源線に流れる電流を一定にできるから電源線に発生するノイズを低減でき、安定した増幅動作を行わせることができるという効果が得られる。
【0024】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、増幅MOSFETをNチャンネル型MOSFETとし、電流ミラー形態の負荷MOSFETをPチャンネル型MOSFETとしてもよい。出力パルスが供給される負荷回路の入力容量等が小さくて電流駆動能力が小さくてよいならば、前記定電流インバータアンプを省略することができる。定電流インバータアンプは、Pチャンネル型の増幅MOSFETとNチャンネル型の定電流源MOSFETとで構成してもよい。この発明は、高域化で高ゲインの増幅回路を備えた半導体集積回路装置に広く利用することができる。
【0025】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、第1導電型の第1増幅MOSFETのドレインにゲートとドレインが接続された第2導電型の第1MOSFETを接続し、上記第1MOSFETと電流ミラー形態とされた第2MOSFETのドレインを上記第1増幅MOSFETと差動形態にされた第2増幅MOSFETのドレインに接続したシングルエンド型差動アンプを2個直列形態に接続し、前段の差動アンプには互いに逆相の小振幅入力信号を供給し、後段のシングルエンド型差動アンプの上記第1増幅MOSFETに対応したMOSFETのゲートには、上記第2増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力し、上記第2増幅MOSFETに対応したMOSFETののゲートには、上記第1増幅MOSFETのドレイン出力信号を入力して上記第2増幅MOSFETに対応したMOSFETのドレインから出力信号を得るようにすることにより、高ゲインのシングルエンド型差動アンプのアンバランスが補正されて高速化及び高ゲインを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体集積回路装置に設けられる増幅回路の一実施例を示す回路図である。
【図2】この発明に先立って検討された増幅回路の一例を示す回路図である。
【図3】この発明を説明するための波形図である。
【図4】この発明が適用される磁気ディスクメモリ装置の一実施例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
M1〜M17…MOSFET、I1〜I4…定電流源、INV0〜INV4…定電流インバータアンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and is effectively used for, for example, a device including an amplifier circuit that receives a small-amplitude high-frequency signal formed by an oscillation circuit and forms a clock signal with a duty of approximately 50%. Technology.
[0002]
[Prior art]
In a digital integrated circuit, a small amplitude signal formed by an oscillation circuit is amplified and converted into a binary signal having a first level corresponding to the power supply voltage and a second level corresponding to the ground potential of the circuit. Some of them generate a clock signal necessary for the operation. As the amplifier circuit, a simple circuit such as a single-ended differential amplifier whose gain can be set relatively large can be used when the oscillation frequency is relatively low.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a high-speed clock signal exceeding 500 MHz, for example, is formed as the digital integrated circuit speeds up, it is generally necessary to use a single-ended differential amplifier as described above, because gain cannot be increased when the amplifier band is increased. A large gain cannot be secured. Therefore, the inventors of the present application considered that two differential amplifiers are connected in cascade as shown in FIG. 2 to ensure a high bandwidth and a necessary gain. In this case, a fully differential differential amplifier is used to connect the differential amplifiers in series. When amplifying the small-amplitude signal as described above, in order to operate the differential MOSFETs M16 and M17 in the next stage in the saturation region, MOSFETs M3 and D3 connected in parallel with the load MOSFETs M2 and M4 of the constant current source of the first-stage amplifier are used. M5 is connected to determine the output operating point.
[0004]
In this way, the load circuits provided at the drains of the amplification MOSFETs M14 and M15 are the constant-current MOSFET M2 connected in parallel, the diode-connected MOSFET M3, the constant-current MOSFET M4, and the diode-connected MOSFET M5, respectively. The gain is smaller than that of the end-type differential amplifier, and a sufficient gain cannot be obtained even when connected in a two-stage series configuration as shown in FIG. In addition, the differential amplifier at the output stage requires a dummy inverter circuit to balance the output, which complicates the circuit and increases the current consumption accordingly. As will be described later, the output pulse rise time tr and The inventors of the present application have found that the fall time td is poorly balanced and the pulse duty deviates from 50%.
[0005]
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device including an amplifier circuit that realizes high speed and high gain. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device including an amplifier circuit that forms a high-frequency clock signal with a simple configuration. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. A first conductivity type first and second amplification MOSFET having a differential configuration; a second conductivity type first MOSFET having a gate and a drain connected to a drain of the first amplification MOSFET; and the first MOSFET A first single-ended differential amplifier including a second conductivity type second MOSFET having a gate and a source connected to form a current mirror and having a drain connected to the drain of the second amplification MOSFET; A third conductivity type third and fourth amplification MOSFETs, a second conductivity type third MOSFET having a gate and a drain connected to a drain of the third amplification MOSFET, the third MOSFET, a gate and a source; Connected to form a current mirror, the drain of which is connected to the drain of the fourth amplification MOSFET. A second single-ended differential amplifier including 4 MOSFETs, and a small-amplitude input signal having a phase opposite to each other is supplied to the gates of the first and second amplifying MOSFETs. The drain output signal of the second amplification MOSFET is input to the gate of the third amplification MOSFET of the amplifier, and the drain output signal of the first amplification MOSFET is input to the gate of the fourth amplification MOSFET. The output signal is obtained from the drain of the 4 amplification MOSFET.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of an amplifier circuit provided in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, two single-ended differential amplifiers are used to realize a high gain. The input signals INY and INX supplied to the amplifier circuit including the two single-ended differential amplifiers are formed by an oscillation circuit (not shown), for example, and have a small signal amplitude (for example, about 0.5 V) with respect to the power supply voltage VDD. ) And are in opposite phase to each other. The oscillation circuit is, for example, an oscillation circuit using a crystal resonator. The amplifier circuit amplifies the oscillation signal with the small amplitude, converts the amplified signal into a pulse signal corresponding to the ground potential GND (0 V) of the circuit of the power supply voltage VDD (for example, about 3 V), and forms it as a clock pulse in the semiconductor integrated circuit device. Supplied to the internal circuit.
[0008]
Among the two single-ended differential amplifiers, the differential amplifier on the input (previous stage) side includes differential P-channel amplification MOSFETs M1 and M2, a source connected in common, and a power supply voltage VDD. And a constant current source I1 provided between the drains of the amplification MOSFETs M1 and M2 and the ground potential GND of the circuit, and P-channel load MOSFETs M3 and M4 in the form of a current mirror. The One input signal INX of the differential inputs is supplied to the gate of the amplification MOSFET M1, and the gate of the differential input that is in the opposite phase to the one input signal INX is supplied to the gate of the amplification MOSFET M2. The other input signal INY is supplied. Although not particularly limited, a constant current 2Ids flows through the constant current source I1.
[0009]
Among the two single-ended differential amplifiers, the differential amplifier on the output (rear stage) side includes differential P-channel amplification MOSFETs M5 and M6, their commonly connected source, and power supply voltage VDD. A constant current source I2 provided between the drains of the amplification MOSFETs M5 and M6 and the ground potential GND of the circuit, and P-channel type load MOSFETs M7 and M8 in the form of a current mirror. The In this embodiment, in order to prevent the deterioration of the pulse duty, in other words, in order to ensure the duty of approximately 50% by equalizing the rising tr and falling td of the pulse, the gate of the amplification MOSFET M5 is connected to the input stage. The drain output of the amplification MOSFET M2 is supplied, and the drain output of the amplification MOSFET M1 in the input stage is supplied to the gate of the amplification MOSFET M6. The constant current source I2 is supplied with the same constant current 2Ids as the current source I1.
[0010]
In this embodiment, in order to prevent the pulse duty from deviating from 50% as described above, the connection of two single-ended differential amplifiers is devised. That is, out of the two load MOSFETs M3 and M4 of the current mirror circuit constituting the input side differential amplifier, the drain output of the amplification MOSFET M1 corresponding to the diode-connected input side load MOSFET M3 is opposite to the output side. Of the two load MOSFETs M7 and M8 of the current mirror circuit constituting the differential amplifier, the voltage is supplied to the gate of the amplification MOSFET M6 corresponding to the load MOSFET M8 on the output side that is not diode-connected. Of the two load MOSFETs M3 and M4 of the current mirror circuit constituting the input-side differential amplifier, the drain output of the amplification MOSFET M2 corresponding to the output-side load MOSFET M4 that is not diode-connected is reversed to the difference on the output side. Among the two load MOSFETs M7 and M8 of the current mirror circuit constituting the dynamic amplifier, the voltage is supplied to the gate of the amplification MOSFET M5 corresponding to the load MOSFET M7 on the input side which is diode-connected.
[0011]
In this way, when two single-ended differential amplifiers are connected in series, the relationship between the input and output is crossed and connected as described above. This is because, when viewed from the differential amplifier on the input side, the current flowing through the source of the amplification MOSFET M1 includes the current that drives the gate capacitances of the load MOSFETs M3 and M4. Then, it becomes imbalance like M1: M2 = 49: 51. Similarly, if the input signal is the same, the differential amplifier on the output side also has an unbalance such as M5: M6 = 49: 51. Therefore, by making the connection as shown in the figure, the imbalance of the output signal generated by the input-side differential amplifier can be corrected by the imbalance of the signal transfer characteristics of the output-side differential amplifier.
[0012]
In order to accurately correct the unbalance of the signal transmission characteristics as described above, the element constants of the differential amplification MOSFETs M1 and M2 on the input side and the corresponding amplification MOSFET M5 on the output side are the same, in other words, the same. It is formed in the element size. Similarly to the above, the input side load MOSFETs M3 and M4 in the form of current mirrors, the corresponding output side load MOSFETs M7 and M8, and the constant current sources I1 and I2 also correspond to each other in the same manner as described above. The size is assumed to be the same.
[0013]
In this embodiment, the output signal of the differential amplifier on the output side is transmitted to a constant current inverter amplifier including an N channel type MOSFET M9 and a constant current source I4. An even number of such inverter amplifiers are connected in series to form a clock pulse supplied to a digital circuit or the like. In the figure, there are two inverter amplifiers composed of MOSFET M9 and constant current source I3, MOSFET M10 and constant current source I4, and a total of six inverter amplifiers INV1 to INV4.
[0014]
These inverter amplifiers have their current drive capability sequentially increased to have a necessary current drive capability in the final stage. In this case, a constant current load is used so that the currents flowing in the power supply lines VDD and GND are constant, the inverter amplifiers are even numbers, and two are paired so that a constant current always flows regardless of the signal change. To be. By making the current flowing through the power supply line constant in this way, it is possible to suppress the generation of unwanted noise due to the parasitic inductance component of the bonding wire for power supply.
[0015]
Since the amplifier circuit of this embodiment has a high bandwidth and a large gain as described above, noise generated in the power supply lines VDD and GND cannot be ignored, but an inverter amplifier as described above is used. Thus, a stable amplification operation can be performed.
[0016]
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the present invention. This figure shows the drain output waveform of the constant current inverter amplifier M9 shown in FIG. 1 and the output waveform of the same inverter amplifier when the fully differential amplifier shown in FIG. 2 is used. This output waveform is formed by computer simulation. The solid line in the figure is the waveform diagram shown in FIG. 1 according to the present invention. As shown in (a), the rising tr and the falling td are almost the same, and a pulse duty of about 50% is realized. doing. In contrast, in the circuit shown in FIG. 2, the overall gain is insufficient as shown by the dotted line, and the fall td becomes slower than the rise tr, resulting in a pulse duty of 50% or less. It has been. When this duty variation is quantitatively calculated, it is ± 3.5% in the case of FIG. 1, but also reaches ± 8% in the case of FIG.
[0017]
FIG. 4 is a schematic block diagram showing an embodiment of a magnetic disk memory device to which the present invention is applied. A magnetic disk memory device exchanges a read / write signal between a plurality of disks having a magnetic recording surface, a drive device that rotates the disk, a head that performs recording and reproduction on the disk surface, and the head. It comprises a read / write (R / W) LSI (integrated circuit) and a signal processing LSI and controller for transferring signals to and from the R / W LSI.
[0018]
The amplifier circuit of this embodiment is provided in a signal processing LSI. The AGC circuit of the signal processing LSI detects the signal amplitude for each channel corresponding to each head, performs automatic gain control so that the signal amplitude becomes constant, and supplies the signal to the servo circuit through the active filter AF. The cut-off frequency of the active filter AF controls an ADC (analog / digital comparator) by a register, and is set to a frequency corresponding to the output current of the DAC.
[0019]
The ADC includes a chopper type comparator operated by a clock pulse, and the clock pulse is set to a high frequency as described above for high accuracy and high speed. Although not particularly limited, the high-frequency signal having a small amplitude of about 500 MHz is formed by the oscillation circuit included in the VCO in synchronization with the clock signal component included in the read signal. It amplifies and generates a clock pulse, which is supplied to the ADC or digital circuit.
[0020]
The effects obtained from the above embodiment are as follows. That is,
(1) A second conductivity type first MOSFET having a gate and a drain connected to the drain of the first conductivity type first amplifying MOSFET is connected, and the drain of the second MOSFET in the form of a current mirror is connected to the first MOSFET. Two single-ended differential amplifiers connected to the drain of the first amplification MOSFET and the second amplification MOSFET in the differential form are connected in series, and a small-amplitude input signal having a phase opposite to each other is connected to the differential amplifier in the previous stage. The drain output signal of the second amplifying MOSFET is input to the gate of the MOSFET corresponding to the first amplifying MOSFET of the single-ended differential amplifier in the subsequent stage, and the MOSFET corresponding to the second amplifying MOSFET is input. Corresponding to the second amplification MOSFET by inputting the drain output signal of the first amplification MOSFET to the gate By obtaining an output signal from the drain of the MOSFET, the imbalance of the high-gain single-ended differential amplifier is corrected, and an effect of achieving high speed and high gain can be obtained.
[0021]
(2) The first and second single-ended differential amplifiers correct the output imbalance of the single-ended differential amplifier with high accuracy by forming corresponding elements in the same element size. The effect of being able to be obtained.
[0022]
(3) The first and second input signals that are out of phase with each other are formed by an oscillation circuit, the signal amplitude is small with respect to the power supply voltage, and the output signal is a large amplitude signal corresponding to the power supply voltage. As a result, an effect that a high-frequency clock pulse can be formed is obtained.
[0023]
(4) By providing an even number of inverter circuits composed of an amplifying MOSFET and a constant current load for amplifying the output signal of the amplifying circuit, the current flowing through the power supply line can be made constant while ensuring the necessary driving capability. Noise generated in the power supply line can be reduced, and an effect that a stable amplification operation can be performed is obtained.
[0024]
The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the invention of the present application is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the amplification MOSFET may be an N-channel MOSFET, and the load MOSFET in the current mirror form may be a P-channel MOSFET. The constant current inverter amplifier can be omitted if the input capacity of the load circuit to which the output pulse is supplied is small and the current driving capability may be small. The constant current inverter amplifier may be composed of a P channel type amplification MOSFET and an N channel type constant current source MOSFET. The present invention can be widely used for a semiconductor integrated circuit device having an amplifier circuit with a high frequency and a high gain.
[0025]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. In other words, the first conductivity type first amplification MOSFET is connected to the drain of the second conductivity type first MOSFET whose gate and drain are connected, and the drain of the second MOSFET in the form of a current mirror is connected to the first MOSFET. Two single-ended differential amplifiers connected in series to the amplification MOSFET and the drain of the second amplification MOSFET in differential form are connected in series, and a small-amplitude input signal having opposite phases is supplied to the differential amplifier in the previous stage. The drain output signal of the second amplification MOSFET is input to the gate of the MOSFET corresponding to the first amplification MOSFET of the single-ended differential amplifier in the subsequent stage, and the gate of the MOSFET corresponding to the second amplification MOSFET is input. Input the drain output signal of the first amplification MOSFET to the second amplification MOSFET. By the drain of response was MOSFET to obtain an output signal, it can be unbalanced single-ended differential amplifier a high gain is corrected to realize high speed and high gain.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an amplifier circuit provided in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an amplifier circuit studied prior to the present invention.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the present invention.
FIG. 4 is a schematic block diagram showing an embodiment of a magnetic disk memory device to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
M1 to M17 MOSFETs, I1 to I4 constant current sources, INV0 to INV4 constant current inverter amplifiers.
Claims (2)
差動形態にされた第1導電型の第3増幅MOSFET及び第4増幅MOSFETと、上記第3増幅MOSFETのドレインにゲートとドレインが接続された第2導電型の第3MOSFETと、上記第3MOSFETとゲート及びソースが接続されて電流ミラー形態とされ、そのドレインが上記第4増幅MOSFETのドレインに接続された第2導電型の第4MOSFETとを含む第2のシングルエンド型差動アンプと、
上記第2のシングルエンド型差動アンプの出力信号を増幅する増幅MOSFETと定電流負荷からなるインバータ回路の偶数個とを備え、
上記第1のシングルエンド型差動アンプの上記第1と第2増幅MOSFETのゲートには、発振回路で形成され、電源電圧に対して信号振幅が小さな互いに逆相にされた入力信号が供給され、
上記第2のシングルエンド型差動アンプの上記第3増幅MOSFETのゲートには上記第2増幅MOSFETのドレイン出力信号が供給され、上記第4増幅MOSFETのゲートには上記第1増幅MOSFETのドレイン出力信号が供給され、上記第4増幅MOSFETのドレインから出力信号を得るようにした増幅回路であり、
上記第1と第2のシングルエンド型差動アンプは、対応する素子がそれぞれ同じ素子サイズに形成されるものであり、
上記偶数個のインバータ回路を通した出力信号はほぼ電源電圧に対応した大振幅信号であることを特徴とする半導体集積回路装置。A first conductivity type first amplification MOSFET and a second amplification MOSFET in a differential configuration; a second conductivity type first MOSFET in which a gate and a drain are connected to a drain of the first amplification MOSFET; and A first single-ended differential amplifier including a second MOSFET of a second conductivity type in which a gate and a source are connected to form a current mirror, and a drain thereof is connected to a drain of the second amplification MOSFET;
A first amplification type third amplification MOSFET and a fourth amplification MOSFET in a differential configuration; a second conduction type third MOSFET having a gate and a drain connected to the drain of the third amplification MOSFET; and the third MOSFET, A second single-ended differential amplifier including a gate and a source connected to form a current mirror, and a drain of the second conductivity type connected to the drain of the fourth amplifying MOSFET ;
An amplification MOSFET for amplifying the output signal of the second single-ended differential amplifier and an even number of inverter circuits composed of constant current loads;
The gates of the first and second amplification MOSFETs of the first single-ended differential amplifier are supplied with input signals which are formed by an oscillation circuit and have opposite signal phases with a small signal amplitude with respect to the power supply voltage. ,
The drain output signal of the second amplification MOSFET is supplied to the gate of the third amplification MOSFET of the second single-ended differential amplifier, and the drain output of the first amplification MOSFET is supplied to the gate of the fourth amplification MOSFET. signal is supplied, an amplification circuit to obtain an output signal from the drain of the fourth amplifier MOSFET,
In the first and second single-ended differential amplifiers, corresponding elements are formed to have the same element size,
A semiconductor integrated circuit device characterized in that the output signal that has passed through the even number of inverter circuits is a large amplitude signal substantially corresponding to the power supply voltage .
上記偶数個のインバータ回路は、複数対から構成され、The even number of inverter circuits is composed of a plurality of pairs,
上記複数対のインバータ回路は、初段側から順に電流駆動能力が大きく設定されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。In the semiconductor integrated circuit device, the plurality of pairs of inverter circuits are configured such that the current driving capability is set in order from the first stage side.
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