Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5709682B2 - Operational amplifier - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5709682B2 - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier Download PDF

Info

Publication number
JP5709682B2
JP5709682B2 JP2011163456A JP2011163456A JP5709682B2 JP 5709682 B2 JP5709682 B2 JP 5709682B2 JP 2011163456 A JP2011163456 A JP 2011163456A JP 2011163456 A JP2011163456 A JP 2011163456A JP 5709682 B2 JP5709682 B2 JP 5709682B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
channel mos
temperature characteristic
mos transistor
negative temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011163456A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013030830A (en
Inventor
太田 幸一
幸一 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2011163456A priority Critical patent/JP5709682B2/en
Publication of JP2013030830A publication Critical patent/JP2013030830A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5709682B2 publication Critical patent/JP5709682B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Description

本発明は、演算増幅器に係り、特に、CMOSプロセスにおける入力オフセット電圧ゼロ調整の信頼性、安定性の向上等を図ったものに関する。   The present invention relates to an operational amplifier, and more particularly to an operational amplifier that improves the reliability and stability of input offset voltage zero adjustment in a CMOS process.

いわゆるオペアンプ(演算増幅器)においては、入力オフセット電圧を確実にゼロとすることが重要な問題の一つであり、そのため、従来から種々の回路が提案、実用化されていることは広く知られているところである。
図2には、そのような入力オフセット電圧ゼロ調整のための従来回路の一つが示されている。
かかる従来回路は、バイポーラトランジスタ45,46のコレクタとグランドの間に、それぞれ抵抗器48a〜48c、抵抗器49a〜49cが直列接続されて設けられると共に、抵抗器48a〜48cには、オン・オフスイッチ50a〜50cが、抵抗器49a〜49cには、オン・オフスイッチ51a〜51cが、それぞれ並列接続されて構成されたものとなっている。
かかる構成においては、オン・オフスイッチ50a〜50c,51a〜51cのオン・オフを適宜設定することにより入力オフセット電圧のゼロ調整を可能としており、入力オフセット電圧Vosは、下記する式1により表すことができる。
In so-called operational amplifiers (operational amplifiers), it is one of the important problems to ensure that the input offset voltage is zero, and it is widely known that various circuits have been proposed and put to practical use. It is where you are.
FIG. 2 shows one conventional circuit for such zero adjustment of the input offset voltage.
In such a conventional circuit, resistors 48a to 48c and resistors 49a to 49c are connected in series between the collectors of the bipolar transistors 45 and 46, respectively, and the resistors 48a to 48c are turned on / off. The switches 50a to 50c are configured by connecting resistors 49a to 49c in parallel with on / off switches 51a to 51c, respectively.
In such a configuration, zero adjustment of the input offset voltage is enabled by appropriately setting on / off of the on / off switches 50a to 50c and 51a to 51c, and the input offset voltage Vos is expressed by the following equation (1). Can do.

Vos=VT×(−ΔR/R−ΔIs/Is)・・・式1   Vos = VT × (−ΔR / R−ΔIs / Is) Equation 1

ここで、VTは熱電圧、Isはバイポーラトランジスタの飽和電流であり、ΔRは抵抗器48a〜48c,49a〜49cの抵抗値のミスマッチ量、ΔIsはバイポーラトランジスタの飽和電流のミスマッチ量である。
この式1から、ΔR/Rの項を調整することで、入力オフセット電圧調整が可能であることが理解できる。
Here, VT is a thermal voltage, Is is a saturation current of the bipolar transistor, ΔR is a mismatch amount of the resistance values of the resistors 48a to 48c and 49a to 49c, and ΔIs is a mismatch amount of the saturation current of the bipolar transistor.
From Equation 1, it can be understood that the input offset voltage can be adjusted by adjusting the term of ΔR / R.

また、入力オフセット電圧の温度変動は、下記する式2により表すことができる。   Further, the temperature variation of the input offset voltage can be expressed by the following equation 2.

∂Vos/∂T=∂VT/∂T×(−ΔR/R−ΔIs/Is)=Vos/T・・・式2   ∂Vos / ∂T = ∂VT / ∂T × (−ΔR / R−ΔIs / Is) = Vos / T Equation 2

この式2より、初期入力オフセット電圧と入力オフセット電圧温度変動は、相関関係にあり、理論上、初期入力オフセット電圧を抑圧することで入力オフセット電圧温度変動も抑圧可能であることが理解できる。
一方、図3に示されたように、MOSトランジスタ53,54においても、バイポーラトランジスタの場合と同様な回路構成が従来から入力オフセット電圧ゼロ調整に適用されている。なお、図3においては、図2の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すこととする。
From Equation 2, it can be understood that the initial input offset voltage and the input offset voltage temperature fluctuation are correlated, and theoretically, the input offset voltage temperature fluctuation can also be suppressed by suppressing the initial input offset voltage.
On the other hand, as shown in FIG. 3, in MOS transistors 53 and 54, a circuit configuration similar to that in the case of bipolar transistors is conventionally applied to input offset voltage zero adjustment. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

この図3に示された回路において、入力オフセット電圧Vosは、下記する式3により表すことができる。   In the circuit shown in FIG. 3, the input offset voltage Vos can be expressed by the following equation 3.

Vos=ΔVth+n・VT{(−ΔR/R)−Δ(W/L)/(W/L)}・・・式3   Vos = ΔVth + n · VT {(− ΔR / R) −Δ (W / L) / (W / L)} Expression 3

ここで、VthはMOSトランジスタの閾値電圧、nは、n=(1+Cjs/Cox)と表され、Cjsは空乏層領域容量、Coxは酸化膜容量である。また、Wはゲート幅、Lはゲート長である。
MOSトランジスタは強反転領域と弱反転領域があり、トランジスタの動作領域によって電流式が異なるが、実際のオペアンプにおいては、トランジスタを弱反転領域近傍で使用することが多いため、式3は弱反転領域のトランジスタにおける入力オフセット電圧Vosを表すものとなっている。
この式3から、ΔR/Rの項を調整することで入力オフセット電圧調整が可能なことが理解できる。
上述したような演算増幅器の入力オフセット電圧のゼロ調整については、例えば、非特許文献1などに開示されている。
Here, Vth is a threshold voltage of the MOS transistor, n is expressed as n = (1 + Cjs / Cox), Cjs is a depletion layer region capacitance, and Cox is an oxide film capacitance. W is the gate width and L is the gate length.
A MOS transistor has a strong inversion region and a weak inversion region, and the current equation varies depending on the operation region of the transistor. However, in an actual operational amplifier, the transistor is often used in the vicinity of the weak inversion region. This represents the input offset voltage Vos in the transistor.
From Equation 3, it can be understood that the input offset voltage can be adjusted by adjusting the term of ΔR / R.
The zero adjustment of the input offset voltage of the operational amplifier as described above is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

IEEE journalof Solid-State Circuit, 1975年11月, Vol. SC-10, pp.412-416IEEE journalof Solid-State Circuit, November 1975, Vol. SC-10, pp.412-416

一方、入力オフセット電圧温度変動は、下記する式4により表すことができる。   On the other hand, the input offset voltage temperature fluctuation can be expressed by the following Equation 4.

∂Vos/∂T=∂Vth/∂T+n・VT/T{(−ΔR/R)−Δ(W/L)/(W/L)}=∂Vth/∂T+(Vos−ΔVth)/T・・・式4   ∂Vos / ∂T = ∂Vth / ∂T + n · VT / T {(− ΔR / R) −Δ (W / L) / (W / L)} = ∂Vth / ∂T + (Vos−ΔVth) / T · ..Formula 4

この式4より、MOSトランジスタの場合、初期オフセット電圧Vosを抑えても必ずしもオフセット電圧温度変動を抑えることは出来ないことが理解できる。
実際には、MOSトランジスタを弱反転領域近傍で使用する場合、入力オフセット電圧Vosは、閾値電圧のミスマッチ量であるΔVthが支配的となるため、入力オフセット電圧調整は、ΔR/Rの項でΔVthを打ち消すように調整することになる。
From Equation 4, it can be understood that, in the case of a MOS transistor, even if the initial offset voltage Vos is suppressed, the offset voltage temperature fluctuation cannot always be suppressed.
Actually, when the MOS transistor is used in the vicinity of the weak inversion region, the input offset voltage Vos is dominated by ΔVth which is the mismatch amount of the threshold voltage. Therefore, the input offset voltage adjustment is ΔVth in the ΔR / R term. Will be adjusted to cancel.

その結果、入力オフセット電圧調整によってΔR/Rの項が大きくなり、式4における第二項が増大する。式4における第一項と第二項は、相関のない独立したパラメータであり、第二項の増大はそのまま∂Vos/∂Tの悪化に繋がることとなる。すなわち、入力オフセット電圧のゼロ調整を行うことで入力オフセット電圧温度変動の悪化を招くという問題がある。   As a result, the ΔR / R term is increased by the input offset voltage adjustment, and the second term in Equation 4 is increased. The first term and the second term in Equation 4 are independent parameters having no correlation, and an increase in the second term directly leads to a deterioration of ∂Vos / ∂T. That is, there is a problem that the input offset voltage temperature fluctuation is deteriorated by performing zero adjustment of the input offset voltage.

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、入力オフセット電圧温度変動を悪化させることなく入力オフセット電圧のゼロ調整を可能とする演算増幅器を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an operational amplifier that enables zero adjustment of an input offset voltage without deteriorating input offset voltage temperature fluctuation.

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る演算増幅器は、
差動対をなすように第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタが差動接続されてなる差動増幅回路を有する演算増幅器であって、
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタへテール電流源から供給されるテール電流に対して負の温度特性を有する電流を生成、出力する負温度特性電流生成回路と、
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタの各々へ入力オフセット電圧補正電流を供給する入力オフセット電圧補正電流生成回路とを具備し、
前記入力オフセット電圧補正電流生成回路は、前記負温度特性電流生成回路の出力電流を基に、前記入力オフセット電圧補正電流を出力調整可能に構成されてなるものである。
In order to achieve the above object of the present invention, an operational amplifier according to the present invention comprises:
An operational amplifier having a differential amplifier circuit in which a first and second P-channel MOS transistors are differentially connected to form a differential pair,
A negative temperature characteristic current generation circuit that generates and outputs a current having a negative temperature characteristic with respect to a tail current supplied from a tail current source to the first and second P-channel MOS transistors;
An input offset voltage correction current generation circuit for supplying an input offset voltage correction current to each of the first and second P-channel MOS transistors,
The input offset voltage correction current generation circuit is configured to be capable of adjusting the output of the input offset voltage correction current based on the output current of the negative temperature characteristic current generation circuit.

本発明によれば、差動増幅回路に供給されるテール電流に対して負の温度特性を有する電流によって、入力オフセット電圧ゼロ調整を可能な構成とすることで、従来と異なり、入力オフセット電圧のゼロ調整後に、入力オフセット電圧温度変動の悪化を招くことなく、回路動作の安定性、信頼性の向上に寄与することができるという効果を奏するものである。   According to the present invention, the input offset voltage can be zero-adjusted by a current having a negative temperature characteristic with respect to the tail current supplied to the differential amplifier circuit. There is an effect that, after the zero adjustment, it is possible to contribute to the improvement of the stability and reliability of the circuit operation without causing the deterioration of the temperature fluctuation of the input offset voltage.

本発明の実施の形態における演算増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the operational amplifier in the embodiment of the present invention. バイポーラトランジスタを用いた演算増幅器における入力オフセット電圧のゼロ調整のための従来の回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional circuit structural example for the zero adjustment of the input offset voltage in the operational amplifier using a bipolar transistor. MOSトランジスタを用いた演算増幅器における入力オフセット電圧のゼロ調整のための従来の回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional circuit structural example for the zero adjustment of the input offset voltage in the operational amplifier using a MOS transistor.

以下、本発明の実施の形態について、図1を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における演算増幅器の回路構成について説明する。
本発明の実施の形態における演算増幅器は、第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタ(以下「PMOSトランジスタ」と称する)1,2を中心に差動増幅回路101が構成されると共に、入力オフセット電圧補正電流生成回路102と、負温度特性電流生成回路103とが設けられたものとなっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, the circuit configuration of the operational amplifier in the embodiment of the present invention will be described.
The operational amplifier according to the embodiment of the present invention includes a differential amplifier circuit 101 centered on first and second P-channel MOS transistors (hereinafter referred to as “PMOS transistors”) 1 and 2, and an input offset voltage. A correction current generation circuit 102 and a negative temperature characteristic current generation circuit 103 are provided.

第1のPMOSトランジスタ1と第2のPMOSトランジスタ2は、相互にソースが接続されて差動接続とされ、その接続点には、第6のPMOSトランジスタ6のドレインが接続され、第6のPMOSトランジスタ6のソースに図示されない正電源から正電源電圧が印加されるようになっている。
一方、第1のPMOSトランジスタ1のドレインと図示されない負電源との間には、第1の定電流源11が直列接続されて設けられると共に、ドレインと第1の定電流源11との接続点には、第1の出力端子33が接続されている。
The first PMOS transistor 1 and the second PMOS transistor 2 are connected to each other to form a differential connection, and the connection point is connected to the drain of the sixth PMOS transistor 6. A positive power supply voltage is applied to the source of the transistor 6 from a positive power supply (not shown).
On the other hand, a first constant current source 11 is provided in series between the drain of the first PMOS transistor 1 and a negative power source (not shown), and a connection point between the drain and the first constant current source 11. Is connected to the first output terminal 33.

また、第2のPMOSトランジスタ2のドレインと図示されない負電源との間には、第2の定電流源12が、直列接続されて設けられると共に、ドレインと第2の定電流源12との接続点には、第2の出力端子34が接続されている。
なお、本発明の実施の形態においては、グランドが負電源となっている。
そして、第1のPMOSトランジスタ1のゲートには第1の入力端子31を介して第1の入力信号が、また、第2のPMOSトランジスタ2のゲートには第2の入力端子32を介して第2の入力信号が、それぞれ外部から印加可能とされており、第1及び第2のPMOSトランジスタ1,2による差動増幅回路101が構成されたものとなっている。
In addition, a second constant current source 12 is provided in series between the drain of the second PMOS transistor 2 and a negative power source (not shown), and the connection between the drain and the second constant current source 12 is provided. A second output terminal 34 is connected to the point.
In the embodiment of the present invention, the ground is a negative power source.
The first input signal 31 is supplied to the gate of the first PMOS transistor 1 through the first input terminal 31, and the second input terminal 32 is supplied to the gate of the second PMOS transistor 2 through the second input terminal 32. The two input signals can be applied from the outside, and the differential amplifier circuit 101 is constituted by the first and second PMOS transistors 1 and 2.

入力オフセット電圧補正電流生成回路102は、第8乃至第10のPMOSトランジスタ(補正電流生成用第1乃至第3のPMOSトランジスタ)8〜10と第1及び第2の可変抵抗器25,26を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
第8乃至第10のPMOSトランジスタ8〜10は、カレントミラー回路を構成するものとなっている。
すなわち、第8乃至第10のPMOSトランジスタ8〜10は、各々のゲートが相互に接続されると共に、第8のPMOSトランジスタ8のドレインと接続されたものとなっている。
The input offset voltage correction current generation circuit 102 mainly includes eighth to tenth PMOS transistors (first to third PMOS transistors for correction current generation) 8 to 10 and first and second variable resistors 25 and 26. It is configured as a component.
The eighth to tenth PMOS transistors 8 to 10 constitute a current mirror circuit.
That is, the gates of the eighth to tenth PMOS transistors 8 to 10 are connected to each other and to the drain of the eighth PMOS transistor 8.

そして、第8のPMOSトランジスタ8のソースは第3の抵抗器23を介して、第9のPMOSトランジスタ9のソースは第1の可変抵抗器25を介して、第10のPMOSトランジスタ10のソースは第2の可変抵抗器26を介して、共に図示されない正電源へ接続されて正電源電圧が印加されるようになっている。   The source of the eighth PMOS transistor 8 is passed through the third resistor 23, the source of the ninth PMOS transistor 9 is passed through the first variable resistor 25, and the source of the tenth PMOS transistor 10 is Both are connected to a positive power supply (not shown) via the second variable resistor 26 so that a positive power supply voltage is applied.

一方、第8のPMOSトランジスタ8のドレインは、後述する負温度特性電流生成回路103の第7のNMOSトランジスタ7のドレインに接続されている。
また、第9のPMOSトランジスタ9のドレインは、第1のPMOSトランジスタ1のドレインに、第10のPMOSトランジスタ10のドレインは、第2のPMOSトランジスタ2のドレインに、それぞれ接続されている。
On the other hand, the drain of the eighth PMOS transistor 8 is connected to the drain of the seventh NMOS transistor 7 of the negative temperature characteristic current generation circuit 103 described later.
The drain of the ninth PMOS transistor 9 is connected to the drain of the first PMOS transistor 1, and the drain of the tenth PMOS transistor 10 is connected to the drain of the second PMOS transistor 2.

負温度特性電流生成回路103は、第3及び第4のNチャネルMOSトランジスタ(以下「NMOSトランジスタ」と称する)3,4と、第7のNMOSトランジスタ7と、第1及び第2の定電流源11,12を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる負温度特性電流生成回路103は、詳細は後述するようにテール電流源としての第3の定電流源13に対して負の温度特性を有する電流を第7のNMOSトランジスタ7のドレイン電流として生成、出力するよう構成されたものである。
The negative temperature characteristic current generation circuit 103 includes third and fourth N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as “NMOS transistors”) 3, 4, a seventh NMOS transistor 7, and first and second constant current sources. 11 and 12 are the main components.
The negative temperature characteristic current generation circuit 103 generates a current having a negative temperature characteristic as a drain current of the seventh NMOS transistor 7 with respect to the third constant current source 13 as a tail current source, as will be described in detail later. Are configured to output.

具体的には、まず、第3及び第4のNMOSトランジスタ(負温度特性電流生成用第1及び第2のNMOSトランジスタ)3,4、並びに、第7のNMOSトランジスタ(負温度特性電流生成用第3のNMOSトランジスタ)7は、次述するように接続されてカレントミラー回路を構成するものとなっている。
すなわち、第3及び第4のNMOSトランジスタ3,4は、ゲートが相互に接続されると共に、第3のNMOSトランジスタ3のドレイン及び第7のNMOSトランジスタ7のゲートに接続されている。かかる第7のNMOSトランジスタ7のソースは、負電源、すなわち、グランドに接続されている。
Specifically, first, the third and fourth NMOS transistors (first and second NMOS transistors for generating negative temperature characteristic current) 3 and 4, and the seventh NMOS transistor (first for generating negative temperature characteristic current). 3 NMOS transistors) 7 are connected as described below to form a current mirror circuit.
That is, the gates of the third and fourth NMOS transistors 3 and 4 are connected to each other, and are connected to the drain of the third NMOS transistor 3 and the gate of the seventh NMOS transistor 7. The source of the seventh NMOS transistor 7 is connected to a negative power source, that is, the ground.

そして第3のNMOSトランジスタ3のソースは、第1の抵抗器21を介して、第4のNMOSトランジスタ4のソースは、第2の抵抗器22を介して共に負電源、すなわち、グランドに接続されている。
本発明の実施の形態においては、第1及び第2の抵抗器21,22は、同一の温度特性であり、共に負の温度特性を有するものとなっている。
The source of the third NMOS transistor 3 is connected to the negative power source, that is, the ground through the first resistor 21 and the source of the fourth NMOS transistor 4 is connected through the second resistor 22 together. ing.
In the embodiment of the present invention, the first and second resistors 21 and 22 have the same temperature characteristics and both have negative temperature characteristics.

一方、第3のNMOSトランジスタ3のドレインと図示されない正電源との間には、テール電流源としての第3の定電流源13が直列接続されて設けられている。また、第4のNMOSトランジスタ4のドレインは、第5のPMOSトランジスタ5のドレインに接続されたものとなっている。
第5及び第6のPMOSトランジスタ5,6は、テール電流供給用カレントミラー回路を構成するものとなっている。
On the other hand, a third constant current source 13 as a tail current source is connected in series between the drain of the third NMOS transistor 3 and a positive power source (not shown). The drain of the fourth NMOS transistor 4 is connected to the drain of the fifth PMOS transistor 5.
The fifth and sixth PMOS transistors 5 and 6 constitute a tail current supply current mirror circuit.

すなわち、まず、第5及び第6のPMOSトランジスタ5,6は、ゲートが相互に接続されると共に、第5のPMOSトランジスタ5のドレインに接続されたものとなっている。
一方、第5及び第6のPMOSトランジスタ5,6のソースには、図示されない正電源からの正電源電圧が印加されるようになっている。
そして、第6のPMOSトランジスタ6のドレインは、先に述べたように第1及び第2のPMOSトランジスタ1,2のソースに接続されており、第5及び第6のPMOSトランジスタ5,6により、第1及び第2のPMOSトランジスタ1,2に電流を供給するようになっている。
That is, first, the fifth and sixth PMOS transistors 5 and 6 have gates connected to each other and connected to the drain of the fifth PMOS transistor 5.
On the other hand, a positive power supply voltage from a positive power supply (not shown) is applied to the sources of the fifth and sixth PMOS transistors 5 and 6.
The drain of the sixth PMOS transistor 6 is connected to the sources of the first and second PMOS transistors 1 and 2 as described above, and the fifth and sixth PMOS transistors 5 and 6 A current is supplied to the first and second PMOS transistors 1 and 2.

次に、かかる構成における動作について説明する。
まず、第1の入力端子31と第2の入力端子32にそれぞれ印加された入力信号に対して第1及び第2のPMOSトランジスタ1,2による差動増幅が行われる点は、従来と基本的に同様である。
次に、負温度特性電流生成回路103の動作について説明すれば、まず、第3のNMOSトランジスタ3、第7のNMOSトランジスタ7、及び、第1の抵抗器21により構成されたカレントミラー回路によって、第3の定電流源13の電流が第7のNMOSトランジスタ7のドレイン電流にミラーされるようになっている。
このとき、第7のNMOSトランジスタ7のドレイン電流は、下記する式5により表される。
Next, the operation in this configuration will be described.
First, the differential amplification by the first and second PMOS transistors 1 and 2 is performed on the input signals applied to the first input terminal 31 and the second input terminal 32, respectively. The same as above.
Next, the operation of the negative temperature characteristic current generation circuit 103 will be described. First, by a current mirror circuit constituted by the third NMOS transistor 3, the seventh NMOS transistor 7, and the first resistor 21, The current of the third constant current source 13 is mirrored to the drain current of the seventh NMOS transistor 7.
At this time, the drain current of the seventh NMOS transistor 7 is expressed by Equation 5 below.

I2=[{(W1/L1)・I1/(W2/L2)}1/2+R・I1・{k´(W2/L2)/2)}1/2・・・式5 I2 = [{(W1 / L1) · I1 / (W2 / L2)} 1/2 + R · I1 · {k ′ (W2 / L2) / 2)} 1/2 ] 2.

ここで、I1は第3の定電流源13の電流値、I2は第7のNMOSトランジスタ7のドレイン電流、W1/L1は第7のNMOSトランジスタ7のゲート長L1に対するゲート幅W1の比、W2/L2は第3のNMOSトランジスタ3のゲート長L2に対するゲート幅W2の比、Rは第1の抵抗器21の抵抗値である。また、k´は、k´=μn×Coxと表され、μnは電子の移動度、Coxは単位面積当たりの酸化膜容量である。   Here, I1 is the current value of the third constant current source 13, I2 is the drain current of the seventh NMOS transistor 7, W1 / L1 is the ratio of the gate width W1 to the gate length L1 of the seventh NMOS transistor 7, and W2 / L2 is the ratio of the gate width W2 to the gate length L2 of the third NMOS transistor 3, and R is the resistance value of the first resistor 21. Further, k ′ is expressed as k ′ = μn × Cox, μn is the electron mobility, and Cox is the oxide film capacity per unit area.

かかる式5によれば、第1の抵抗器21に負の温度特性を有するものを用いることで第3の定電流源13の定電流に対して負の温度特性を有する電流が生成、出力されることが理解できる。
負温度特性電流生成回路103により生成された負の温度特性を有する電流は、次述する入力オフセット電圧補正電流生成回路102に供給されるものとなっている。
According to Equation 5, a current having a negative temperature characteristic with respect to the constant current of the third constant current source 13 is generated and output by using the first resistor 21 having a negative temperature characteristic. I can understand.
The current having the negative temperature characteristic generated by the negative temperature characteristic current generation circuit 103 is supplied to the input offset voltage correction current generation circuit 102 described below.

入力オフセット電圧補正電流生成回路102は、第9及び第10のPMOSトランジスタ9,10のドレインより、第1及び第2のPMOSトランジスタ1,2のドレインに、入力オフセット電圧補正電流を供給するものとなっている。
ここで、第9及び第10のPMOSトランジスタ9,10に流れる電流は、これら第9及び第10のPMOSトランジスタ9,10とカレントミラー回路を構成する第8のPMOSトランジスタ8を介して上述の第7のNMOSトランジスタ7に流れる負の温度特性を有する電流となっている。
The input offset voltage correction current generation circuit 102 supplies an input offset voltage correction current from the drains of the ninth and tenth PMOS transistors 9 and 10 to the drains of the first and second PMOS transistors 1 and 2. It has become.
Here, the currents flowing in the ninth and tenth PMOS transistors 9 and 10 pass through the ninth PMOS transistor 9 and the eighth PMOS transistor 8 which forms a current mirror circuit with the ninth PMOS transistor 9 and 10. 7 has a negative temperature characteristic flowing through the NMOS transistor 7.

そして、補正電流の値は、第1及び第2の可変抵抗器25,26によって調整可能となっている。
この入力オフセット電圧補正電流生成回路102においては、第3の抵抗器23、第1及び第2の可変抵抗器25,26は、同一の温度特性を有するものが用いられており、温度に依らず、それぞれの電流比が一定となるようになっている。
The value of the correction current can be adjusted by the first and second variable resistors 25 and 26.
In the input offset voltage correction current generation circuit 102, the third resistor 23 and the first and second variable resistors 25 and 26 have the same temperature characteristics, and do not depend on the temperature. The current ratio is constant.

ここで、上述した本発明の実施の形態における演算増幅器による入力オフセット電圧温度変動の抑圧について、図3に示された従来回路と対比して説明する。
最初に、図3に示された従来の入力オフセット電圧ゼロ調整のための回路において、第1のPMOSトランジスタ53に流れる電流をI1、第2のPMOSトランジスタ54に流れる電流をI2とし、その差分をΔID=I1−I2とする。また、ID=(I1−I2)/2と定義する。
さらに、入力オフセット電圧補正電流源52より出力される電流であって、第1のPMOSトランジスタ53のドレインに供給される電流をItrm1、第2のpMOSトランジスタ54のドレインに供給される電流をItrm2とし、その差分ΔItrmをΔItrm=Itrm1−Itrm2とする。
かかる前提の下、図3に示された従来回路における入力オフセット電圧は、下記する式6により表される。
Here, suppression of the input offset voltage temperature fluctuation by the operational amplifier in the embodiment of the present invention described above will be described in comparison with the conventional circuit shown in FIG.
First, in the conventional circuit for zero adjustment of the input offset voltage shown in FIG. 3, the current flowing through the first PMOS transistor 53 is I1, the current flowing through the second PMOS transistor 54 is I2, and the difference is ΔID = I1−I2. Also, ID is defined as (I1-I2) / 2.
Further, the current output from the input offset voltage correction current source 52, the current supplied to the drain of the first PMOS transistor 53 is Itrm1, and the current supplied to the drain of the second pMOS transistor 54 is Itrm2. The difference ΔItrm is assumed to be ΔItrm = Itrm1-Itrm2.
Under this assumption, the input offset voltage in the conventional circuit shown in FIG.

Vos=ΔVth+n・VT{−ΔID/ID−ΔItrm/ID−Δ(W/L)/(W/L)}・・・式6   Vos = ΔVth + n · VT {−ΔID / ID−ΔItrm / ID−Δ (W / L) / (W / L)}

一方、上述した本発明の実施の形態の演算増幅器においては、式6におけるΔItrm/IDの項によって入力オフセット電圧のゼロ調整を行うものとなっている。そして、IDとΔItrmが同じ温度特性を有する場合、ΔItrm/IDは温度に依らず一定の値となり、入力オフセット電圧温度変動は下記する式7により表される。   On the other hand, in the operational amplifier of the embodiment of the present invention described above, zero adjustment of the input offset voltage is performed by the term of ΔItrm / ID in Equation 6. When ID and ΔItrm have the same temperature characteristic, ΔItrm / ID becomes a constant value regardless of the temperature, and the input offset voltage temperature fluctuation is expressed by the following equation (7).

∂Vos/∂T=∂ΔVth/∂T+n・VT/T{−ΔID/ID−ΔItrm/ID−Δ(W/L)/(W/L)}・・・式7   ∂Vos / ∂T = ∂ΔVth / ∂T + n · VT / T {−ΔID / ID−ΔItrm / ID−Δ (W / L) / (W / L)}

この式7によれば、その第二項のΔItrm/IDによって入力オフセット電圧温度変動の悪化が生じ、入力オフセット電圧のゼロ調整のみでは従来回路の問題を解決できないことが理解できる。
IDとΔItrmとが異なる温度特性を有する場合、入力オフセット電圧温度変動は、下記する式8の如くとなる。
According to Equation 7, it can be understood that the input offset voltage temperature fluctuation is deteriorated by ΔItrm / ID of the second term, and that the problem of the conventional circuit cannot be solved only by the zero adjustment of the input offset voltage.
When ID and ΔItrm have different temperature characteristics, the input offset voltage temperature variation is as shown in Equation 8 below.

∂Vos/∂T=∂ΔVth/∂T+n・VT/T{−ΔID/ID−ΔItrm/ID−Δ(W/L)/(W/L)}−n・VT・∂(ΔItrm/ID)/∂T・・・式8   ∂Vos / ∂T = ∂ΔVth / ∂T + n · VT / T {−ΔID / ID−ΔItrm / ID−Δ (W / L) / (W / L)} − n · VT · ∂ (ΔItrm / ID) / ∂T ... Formula 8

かかる式8によれば、ΔItrm/IDが負の温度特性を有すると、第3項は正の値となり、それにより、第二項(−ΔID/ID)と第三項(−ΔItrm/ID)とが打ち消しあい、入力オフセット電圧温度変動を抑えることができる。
この場合、ΔItrmとIDの温度特性が正か負かは問題ではなく、IDに対してΔItrmが相対的に負の温度特性を有することで入力オフセット電圧温度変動を抑えることができる。
本発明の実施の形態における演算増幅器は、先に説明したような回路構成によって、上述のような入力オフセット電圧温度変動の抑圧が可能となっているものである。
According to Equation 8, when ΔItrm / ID has a negative temperature characteristic, the third term becomes a positive value, whereby the second term (−ΔID / ID) and the third term (−ΔItrm / ID). Cancel each other, and the temperature fluctuation of the input offset voltage can be suppressed.
In this case, it does not matter whether the temperature characteristics of ΔItrm and ID are positive or negative, and ΔItrm has a relatively negative temperature characteristic with respect to ID, so that fluctuations in the temperature of the input offset voltage can be suppressed.
The operational amplifier according to the embodiment of the present invention is capable of suppressing the input offset voltage temperature fluctuation as described above by the circuit configuration as described above.

入力オフセット電圧温度変動の確実な抑圧が所望される演算増幅器に適用できる。   The present invention can be applied to an operational amplifier in which reliable suppression of input offset voltage temperature fluctuation is desired.

13…第3の定電流源
25…第1の可変抵抗器
26…第2の可変抵抗器
101…差動増幅回路
102…入力オフセット電圧補正電流生成回路
103…負温度特性電流生成回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... 3rd constant current source 25 ... 1st variable resistor 26 ... 2nd variable resistor 101 ... Differential amplifier circuit 102 ... Input offset voltage correction current generation circuit 103 ... Negative temperature characteristic current generation circuit

Claims (2)

差動対をなすように第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタが差動接続されてなる差動増幅回路を有する演算増幅器であって、
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタへテール電流源から供給されるテール電流に対して負の温度特性を有する電流を生成、出力する負温度特性電流生成回路と、
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタの各々へ入力オフセット電圧補正電流を供給する入力オフセット電圧補正電流生成回路とを具備し、
前記入力オフセット電圧補正電流生成回路は、前記負温度特性電流生成回路の出力電流を基に、前記入力オフセット電圧補正電流を出力調整可能に構成されてなることを特徴とする演算増幅器。
An operational amplifier having a differential amplifier circuit in which a first and second P-channel MOS transistors are differentially connected to form a differential pair,
A negative temperature characteristic current generation circuit that generates and outputs a current having a negative temperature characteristic with respect to a tail current supplied from a tail current source to the first and second P-channel MOS transistors;
An input offset voltage correction current generation circuit for supplying an input offset voltage correction current to each of the first and second P-channel MOS transistors,
The operational amplifier, wherein the input offset voltage correction current generation circuit is configured to be capable of adjusting the output of the input offset voltage correction current based on the output current of the negative temperature characteristic current generation circuit.
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタは、ソースが相互に接続されて、その接続点に前記テール電流源からテール電流が供給されるよう設けられる一方、
前記負温度特性電流生成回路は、負温度特性電流生成用第1乃至第3のNチャネルMOSトランジスタからなるカレントミラー回路を有してなり、前記負温度特性電流生成用第1乃至第3のNチャネルMOSトランジスタはゲートが相互に接続されると共に、前記負温度特性電流生成用第1のNチャネルMOSトランジスタのドレインと接続され、前記負温度特性電流生成用第1のNチャネルMOSトランジスタのドレインに前記テール電流源が接続され、前記負温度特性電流生成用第1のNチャネルMOSトランジスタのソースは、第1の抵抗器を介して、前記負温度特性電流生成用第2のNチャネルMOSトランジスタのソースは、第2の抵抗器を介して、共に負電源に接続され、前記第1の抵抗器は負の温度特性を有してなる一方、前記負温度特性電流生成用第3のNチャネルMOSトランジスタのソースは前記負電源に接続され、
前記負温度特性電流生成用第3のNチャネルMOSトランジスタのドレインから前記テール電流に対して負の温度特性の電流が出力可能とされてなり、
前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタのソースと前記負温度特性電流生成用第2のNチャネルMOSトランジスタのドレインの間には、テール電流供給用カレントミラー回路が設けられて前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタへのテール電流の供給を可能とし、
前記入力オフセット電圧補正電流生成回路は、補正電流生成用第1乃至第3のPチャネルMOSトランジスタからなるカレントミラー回路を有してなり、前記補正電流生成用第1乃至第3のPチャネルMOSトランジスタはゲートが相互に接続されると共に、前記補正電流生成用第1のPチャネルMOSトランジスタのドレインと接続され、前記補正電流生成用第1のPチャネルMOSトランジスタのソースは第3の抵抗器を介して、前記補正電流生成用第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは第1の可変抵抗器を介して、前記補正電流生成用第3のPチャネルMOSトランジスタのソースは第2の可変抵抗器を介して、共に前記正電源に接続され、
前記補正電流生成用第1のPチャネルMOSトランジスタのドレインは、前記負温度特性電流生成用第3のNチャネルMOSトランジスタのドレインに、前記補正電流生成用第2のPチャネルMOSトランジスタのドレインは、前記第1のPチャネルMOSトランジスタのドレインに、前記補正電流生成用第3のPチャネルMOSトランジスタのドレインは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタのドレインに、それぞれ接続され、前記第1及び第2の可変抵抗器の抵抗値の調整により、入力オフセット電圧のゼロ調整を可能としてなることを特徴とする請求項1記載の演算増幅器。
The first and second P-channel MOS transistors are provided such that sources are connected to each other and a tail current is supplied to the connection point from the tail current source,
The negative temperature characteristic current generation circuit includes a current mirror circuit including first to third N channel MOS transistors for generating negative temperature characteristic current, and includes first to third N for generating negative temperature characteristic current. The gates of the channel MOS transistors are connected to each other and connected to the drain of the first N channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current, and connected to the drain of the first N channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current. The tail current source is connected, and the source of the first N channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current is connected to the source of the second N channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current through the first resistor. The sources are both connected to a negative power supply through a second resistor, the first resistor having a negative temperature characteristic, while The source of the third N-channel MOS transistor for the negative temperature characteristic current generation is connected to the negative power supply,
A current having a negative temperature characteristic with respect to the tail current can be output from the drain of the third N-channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current,
A tail current supply current mirror circuit is provided between the sources of the first and second P-channel MOS transistors and the drain of the second N-channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current. Enables tail current to be supplied to the second P-channel MOS transistor;
The input offset voltage correction current generation circuit includes a current mirror circuit including first to third correction channel generation P-channel MOS transistors, and the first to third correction channel generation P-channel MOS transistors. Is connected to the drain of the first P-channel MOS transistor for generating a correction current, and the source of the first P-channel MOS transistor for generating a correction current is connected through a third resistor. The source of the second P-channel MOS transistor for generating the correction current is passed through the first variable resistor, and the source of the third P-channel MOS transistor for generating the correction current is passed through the second variable resistor. And both are connected to the positive power source,
The drain of the first P-channel MOS transistor for generating the correction current is drained to the drain of the third N-channel MOS transistor for generating the negative temperature characteristic current, and the drain of the second P-channel MOS transistor for generating the correction current is The drain of the first P-channel MOS transistor is connected to the drain of the third P-channel MOS transistor for generating correction current, and the drain of the second P-channel MOS transistor is connected to the first and second P-channel MOS transistors, respectively. 2. The operational amplifier according to claim 1, wherein the input offset voltage can be zero-adjusted by adjusting a resistance value of the variable resistor.
JP2011163456A 2011-07-26 2011-07-26 Operational amplifier Active JP5709682B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011163456A JP5709682B2 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Operational amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011163456A JP5709682B2 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Operational amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013030830A JP2013030830A (en) 2013-02-07
JP5709682B2 true JP5709682B2 (en) 2015-04-30

Family

ID=47787499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011163456A Active JP5709682B2 (en) 2011-07-26 2011-07-26 Operational amplifier

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5709682B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9952616B2 (en) 2015-02-10 2018-04-24 Rohm Co., Ltd. Differential circuit including a current mirror
JP7081783B2 (en) * 2017-10-06 2022-06-07 ザインエレクトロニクス株式会社 Amplifier circuit
CN113568460B (en) * 2020-04-29 2022-11-18 无锡华润上华科技有限公司 Bias current generating circuit and flash memory
CN116599472A (en) * 2023-05-26 2023-08-15 深圳市鹏翔半导体有限公司 An operational amplifier offset self-calibration circuit and self-calibration method
WO2025182234A1 (en) * 2024-02-27 2025-09-04 株式会社フジクラ Differential amplifier

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0279608A (en) * 1988-09-16 1990-03-20 Olympus Optical Co Ltd Offset adjusting device for operational amplifier
JPH05291845A (en) * 1992-04-08 1993-11-05 Olympus Optical Co Ltd Differential amplifier
US7109697B1 (en) * 2005-06-29 2006-09-19 Texas Instruments Incorporated Temperature-independent amplifier offset trim circuit
US7791401B1 (en) * 2008-02-08 2010-09-07 National Semiconductor Corporation Adjustment of op amp offset voltage temperature coefficient
JP2010028628A (en) * 2008-07-23 2010-02-04 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Operational amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013030830A (en) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8514023B2 (en) Accurate bias tracking for process variation and supply modulation
JP5709682B2 (en) Operational amplifier
JP6204772B2 (en) Cascode amplifier
US8471634B2 (en) Method and apparatus of common mode compensation for voltage controlled delay circuits
KR101451468B1 (en) Constant current circuit and reference voltage circuit
US9312825B2 (en) Amplifier input stage and amplifier
CN103023444A (en) Transimpedance Amplifier and Its Current-to-Voltage Method
JP4188931B2 (en) Operational amplifier and offset voltage canceling method for operational amplifier
JP2010098590A5 (en)
US7554403B1 (en) Gainboost biasing circuit for low voltage operational amplifier design
US20160373102A1 (en) Rail-to-rail comparator with built-in constant hysteresis
JP4167098B2 (en) Current sense amplifier
KR102158666B1 (en) Sensor circuit
US6278323B1 (en) High gain, very wide common mode range, self-biased operational amplifier
CN102969994B (en) Voltage variable gain amplifying circuit
JP4749105B2 (en) Reference voltage generation circuit
US20220278662A1 (en) Operational Amplifier
US7408410B2 (en) Apparatus for biasing a complementary metal-oxide semiconductor differential amplifier
US8432226B1 (en) Amplifier circuits and methods for cancelling Miller capacitance
CN113692704B (en) Amplifier Circuit
Eldeeb et al. A 0.4 V 90nm CMOS subthreshold current conveyor
JP5199222B2 (en) Operational amplifier and operational amplification device
JP6000884B2 (en) Operational amplifier circuit
JP5692705B2 (en) Comparator circuit
Amaya et al. A robust to PVT fully-differential amplifier in 45nm SOI-CMOS technology

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150303

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5709682

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250