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JPH0789605B2 - MOS amplifier circuit - Google Patents
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JPH0789605B2 - MOS amplifier circuit - Google Patents

MOS amplifier circuit

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JPH0789605B2
JPH0789605B2 JP60134009A JP13400985A JPH0789605B2 JP H0789605 B2 JPH0789605 B2 JP H0789605B2 JP 60134009 A JP60134009 A JP 60134009A JP 13400985 A JP13400985 A JP 13400985A JP H0789605 B2 JPH0789605 B2 JP H0789605B2
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JP
Japan
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circuit
mosfet
output
amplifier circuit
gate
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JP60134009A
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一夫 大門
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ)により構成された増幅回路に関するもので、比較的
高い周波数のアナログ信号を増幅する増幅回路に利用し
て有効な技術に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an amplifier circuit configured by a MOSFET (insulated gate type field effect transistor), and is used for an amplifier circuit for amplifying an analog signal of a relatively high frequency. It relates to effective technology.

〔背景技術〕[Background technology]

MOSFETにより構成された増幅回路として、差動増幅回路
と、その増幅出力がゲートに供給され、ドレインから出
力信号を得る出力MOSFETとからなるような回路が公知で
ある(例えばアイイーイーイー、ジャーナル オブ、ソ
リッドステート サーキッツ(IEEE Journal of Solid-
State Circuits)Vol SC17 No.6(1982年12月)頁969〜
頁982参照)。
As an amplifier circuit composed of MOSFETs, there is known a circuit including a differential amplifier circuit and an output MOSFET in which the amplified output is supplied to the gate and an output signal is obtained from the drain (for example, IEE, Journal of , Solid State Circuits (IEEE Journal of Solid-
State Circuits) Vol SC17 No.6 (December 1982) Page 969-
See page 982).

上記出力MOSFETには、その入力と出力であるゲートとド
レイン間に、キャパシタと抵抗素子として動作させられ
るMOSFETとからなるような位相補償回路が設けられる。
The output MOSFET is provided with a phase compensation circuit including a capacitor and a MOSFET that operates as a resistance element between the gate and the drain that are the input and the output.

しかしながら、周知のようにMOSFETは、その諸特性が比
較的大きなプロセスバラツキを持つものである。すなわ
ち、プロセスバラツキにより最も電流が流れるパワーワ
ースト状態では、例えば、設計値の2倍もの電流がなが
れ、最も電流が流ないスピードワースト状態では、例え
ば、設計値の1/2の電流しか流れない。上記動作電流の
バラツキによって、増幅回路における利得そのものが大
きく変動する結果、位相補償のためのキャパシタや抵抗
の定数の設定が難しく、上記プロセスバラツキを考慮し
て動作の安定化のために過分の位相補償を行うことにな
る。この結果、増幅回路の高速化、言い換えるならば、
高周波特性が犠牲にされてしまうという問題が生じる。
However, as is well known, MOSFETs have relatively large process variations in their characteristics. That is, in the power worst state in which the maximum current flows due to process variations, for example, a current twice as much as the design value flows, and in the speed worst state in which the most current does not flow, for example, only half the design value current flows. As a result of the variation in the operating current, the gain itself in the amplifier circuit fluctuates greatly, and as a result, it is difficult to set the constants of capacitors and resistors for phase compensation. You will be compensated. As a result, the speed of the amplifier circuit is increased, in other words,
There arises a problem that the high frequency characteristics are sacrificed.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

この発明の目的は、高周波特性の改善を図ったMOS増幅
回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a MOS amplifier circuit with improved high frequency characteristics.

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この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。
The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

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、MO
SFETにより構成された差動増幅回路の出力信号がゲート
に供給され、そのドレインから出力信号を形成する出力
MOSFETのドレインとゲートとの間に複数の位相補償用キ
ャパシタを形成しておいて、それらをそのプロセスバラ
ツキに応じてスイッチ回路を介して選択的に結合させ
て、最適な位相補償を行うようにするものである。
The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. Ie MO
The output signal of the differential amplifier circuit composed of SFET is supplied to the gate and the output signal is formed from its drain.
Multiple phase compensation capacitors are formed between the drain and gate of the MOSFET, and they are selectively coupled via a switch circuit according to the process variations to achieve optimum phase compensation. To do.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、公知のCMOS(相補型MOS)集
積回路の製造技術によって、1個の単結晶シリコンのよ
うな半導体基板上において形成される。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention. Each circuit element in the figure is formed on a semiconductor substrate such as a single crystal silicon by a known CMOS (complementary MOS) integrated circuit manufacturing technique.

特に制限されないが、集積回路は、単結晶N型シリコン
からなる半導体基板に形成される。PチャンネルMOSFET
は、かかる半導体基板表面に形成されたソース領域、ド
レイン領域及びソース領域とドレイン領域との間の半導
体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を介して形成され
たポリシリコンからなるようなゲート電極から構成され
る。NチャンネルMOSFETは、上記半導体基板表面に形成
されたP型ウェル領域に形成される。これによって、半
導体基板は、その上に形成された複数のPチャンネルMO
SFETの共通の基板ゲートを構成する。P型ウェル領域
は、その上に形成されたNチャンネルMOSFETの基体ゲー
トを構成する。
Although not particularly limited, the integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single crystal N-type silicon. P-channel MOSFET
Is a gate electrode made of polysilicon formed through a thin gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate between the source region and the drain region and between the source region and the drain region. Composed of. The N-channel MOSFET is formed in the P-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate. As a result, the semiconductor substrate has a plurality of P-channel MOs formed thereon.
Configure a common substrate gate for SFETs. The P-type well region constitutes the base gate of the N-channel MOSFET formed thereon.

Nチャンネル型の差動増幅MOSFETQ3,Q4のゲートは、そ
れぞれ入力端子(−),(+)とされる。これらの差動
増幅MOSFETQ3,Q4の共通ソースと回路の接地電位点との
間には、バイアス電流を流すNチャンネルMOSFETQ7が設
けられる。上記差動増幅MOSFETQ3,Q4のドレインと電流
電圧Vccとの間には、電流ミラー形態にされたPチャン
ネル負荷MOSFETQ5,Q6が設けられる。
The gates of the N-channel type differential amplification MOSFETs Q3 and Q4 are input terminals (-) and (+), respectively. An N-channel MOSFET Q7 that allows a bias current to flow is provided between the common source of these differential amplification MOSFETs Q3 and Q4 and the ground potential point of the circuit. Between the drains of the differential amplification MOSFETs Q3 and Q4 and the current voltage Vcc, P-channel load MOSFETs Q5 and Q6 in a current mirror form are provided.

上記増幅MOSFETQ4のドレイン出力は、Pチャンネル型の
出力MOSFETQ8のゲートに供給される。この出力MOSFETQ8
のドレインと回路の接地電位点との間には、そのバイア
ス電流を流す定電流負荷としてのNチャンネルMOSFETQ9
が設けられる。
The drain output of the amplification MOSFET Q4 is supplied to the gate of a P-channel type output MOSFET Q8. This output MOSFET Q8
N-channel MOSFET Q9 as a constant current load that flows the bias current between the drain of the
Is provided.

上記MOSFETQ7とQ9は、次のバイアス回路により形成され
たバイアス電流によって動作させられる。すなわち、直
列形態にされたPチャンネルMOSFETQ1及びNチャンネル
MOSFETQ2は、そのゲートが両MOSFETQ1,Q2の接続点に接
続されることによってバイアス電流が流れるようにされ
る。上記NチャンネルMOSFETQ2は、上記MOSFETQ7及びQ9
とともに電流ミラー形態にされ、MOSFETQ2に対するMOSF
ETQ7とQ9のそれぞれのサイズ(コンダクタンス)比に従
ったバイアス電流をMOSFETQ7,Q9に流すようにするもの
である。
The MOSFETs Q7 and Q9 are operated by the bias current formed by the following bias circuit. That is, P-channel MOSFET Q1 and N-channel in series form
The MOSFET Q2 has its gate connected to the connection point of both MOSFETs Q1 and Q2 so that a bias current flows. The N-channel MOSFET Q2 is the MOSFET Q7 and Q9.
With the current mirror configuration, MOSF to MOSFET Q2
A bias current according to the size (conductance) ratio of ETQ7 and Q9 is made to flow through the MOSFETs Q7 and Q9.

上記出力MOSFETQ8の入力と出力であるゲートとドレイン
(ノードN1とN2)間には、位相補償回路PCが設けられ
る。
A phase compensation circuit PC is provided between the gate and drain (nodes N1 and N2) that are the input and output of the output MOSFET Q8.

第2図には、上記位相補償回路PCの具体的一実施例回路
が示されている。
FIG. 2 shows a concrete example circuit of the phase compensation circuit PC.

この実施例では、上記MOS増幅回路はディジタル電話交
換装置におけるコーダ/デコーダ(CODEC)に形成され
るアナログ/ディジタル変換回路に利用される。上記第
1図に示した増幅回路におけるプロセスバラツキを考慮
して、複数の位相補償用キャパシタC1〜Cnと、それぞれ
を選択的に上記ノードN1とN2に結合させる複数組のスイ
ッチS1,S1′〜Sn,Sn′が設けられる。上記スイッチS1及
びS1′は、特に制限されないが、第3図に示されている
ように、NチャンネルMOSFETQ10とPチャンネルMOSFETQ
11及びNチャンネルMOSFETQ12とPチャンネルMOSFETQ13
からなる相補伝送ゲートMOSFETが利用される。インバー
タ回路IVは、上記PチャンネルMOSFETQ11とQ13の制御信
号を形成するものである。他のスイッチS2,S2′ないしS
n,Sn′も、上記同様な構成のMOSFETにより構成される。
これらのMOSFETは、それがオン状態にされたとき、その
オン抵抗(コンダクタンス)により、キャパシタC1〜Cn
とともに位相補償回路を構成するようにされる。
In this embodiment, the MOS amplifier circuit is used as an analog / digital conversion circuit formed in a coder / decoder (CODEC) in a digital telephone exchange. In consideration of process variations in the amplifier circuit shown in FIG. 1, a plurality of phase compensating capacitors C1 to Cn and a plurality of sets of switches S1 and S1 'to selectively couple the capacitors C1 to Cn to the nodes N1 and N2, respectively. Sn and Sn ′ are provided. The switches S1 and S1 'are not particularly limited, but as shown in FIG. 3, an N-channel MOSFET Q10 and a P-channel MOSFET Q10 are provided.
11 and N channel MOSFET Q12 and P channel MOSFET Q13
A complementary transmission gate MOSFET consisting of is used. The inverter circuit IV forms a control signal for the P-channel MOSFETs Q11 and Q13. Other switches S2, S2 'or S
Each of n and Sn ′ is also composed of a MOSFET having the same configuration as described above.
When these MOSFETs are turned on, their on resistance (conductance) causes capacitors C1 to Cn to
Together with this, a phase compensation circuit is configured.

上記スイッチをプロセスバラツキに応じて自動的に制御
するため、次の回路が設けられる。
The following circuits are provided to automatically control the switches according to process variations.

奇数個のCMOSインバータ回路は、リング状に縦列形成に
接続されることによって発振回路OSCが構成される。こ
の発振回路OSCは、その発振周波数がプロセスバラツキ
に応じた周波数にされる。すなわち、パワーワースト状
態では発振周波数が高くされ、スピードワースト状態で
は発振周波数が低くされる。発振回路OSCの発振出力は
カウンタ回路COUNTに入力される。カウンタ回路COUNT
は、同期信号SYSによりリセットされ、同期信号SYSを基
準にして一定時間後に発生されるタイミング信号Tが入
力されるまでの間の発振出力を計数し、その計数出力を
送出する。これによって、プロセスバラツキに応じた発
振周波数のバラツキは、カウンタ回路COUNTにより判定
される。上記計数出力は、ラッチ回路FFにより保持さ
れ、上記スイッチをオン/オフさせる制御信号が形成さ
れる。これによって、それぞれのプロセスバラツキに従
った最適な位相補償用回路が選ばれることになる。上記
ラッチ回路に保持させた計数出力によって、位相補償回
路を選ぶことにより、上記増幅回路が動作期間中にスイ
ッチが切り替えられることにより発生するフィールドス
ルー等のノイズの発生を防止することができる。
The odd-numbered CMOS inverter circuits are connected in a ring-shaped cascade to form the oscillation circuit OSC. The oscillation frequency of the oscillation circuit OSC is set to a frequency according to process variations. That is, the oscillation frequency is increased in the power worst state, and the oscillation frequency is decreased in the speed worst state. The oscillation output of the oscillator circuit OSC is input to the counter circuit COUNT. Counter circuit COUNT
Is reset by the synchronization signal SYS, counts the oscillation output until the timing signal T generated after a fixed time is input with the synchronization signal SYS as a reference, and sends the counted output. Thereby, the variation of the oscillation frequency according to the process variation is determined by the counter circuit COUNT. The count output is held by the latch circuit FF, and a control signal for turning on / off the switch is formed. As a result, the optimum phase compensating circuit according to each process variation is selected. By selecting the phase compensation circuit according to the count output held in the latch circuit, it is possible to prevent the occurrence of noise such as field through generated by switching the switch during the operation period of the amplifier circuit.

上記同期信号SYSは、上記CODECが動作状態にされるとき
供給される基準信号が利用される。また、タイミング信
号Tは、上記基準周波数信号に基づいてPLL(フェーズ
・ロックド・ループ)回路により形成されるクロック信
号の計数出力が利用される。
As the synchronization signal SYS, a reference signal supplied when the CODEC is activated is used. Further, as the timing signal T, a count output of a clock signal formed by a PLL (phase locked loop) circuit based on the reference frequency signal is used.

なお、上記スイッチの制御信号は、上記ラッチ回路FFに
保持された計数出力を所定の論理ゲート回路の組み合わ
せからなるデコード回路により解読して形成するもので
あってもよい。
The control signal for the switch may be formed by decoding the count output held in the latch circuit FF by a decoding circuit formed of a combination of predetermined logic gate circuits.

〔効果〕〔effect〕

(1)複数種類の位相補償回路を用意しておいて、それ
が結合される増幅回路のプロセスバラツキに応じてれそ
れを選択的に結合させることにより、最適な位相補償を
行わせることができる。これによって、従来のように上
記プロセスバラツキを考慮した過分な位相補償を行うこ
となく、その高速化、言い換えるならば、高周波特性の
改善を図ることができるという効果が得られる。
(1) Optimum phase compensation can be performed by preparing a plurality of types of phase compensation circuits and selectively coupling them according to the process variation of the amplifier circuit to which they are coupled. . As a result, there is an effect that the speed can be increased, that is, the high-frequency characteristic can be improved, without performing excessive phase compensation in consideration of the process variation as in the conventional case.

(2)同じ半導体集積回路に形成されたリングオシーレ
ータの発振周波数を判定して、位相補償回路を選択する
ことによって、自動的にしかも温度変化や電源変動に追
随した高精度の位相補償を実施することができるという
効果が得られる。
(2) The oscillation frequency of the ring oscillator formed in the same semiconductor integrated circuit is determined, and the phase compensation circuit is selected to automatically and accurately perform phase compensation that follows changes in temperature and power supply fluctuations. The effect of being able to do is obtained.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上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、差動増幅回路
において、電源リップル除去率を高くするために、電流
ミラー形態の負荷MOSFETのゲートと回路の接地電位点と
の間にキャパシタを設ける等のような付加的な回路を設
けるものであってもよい。また、発振周波数を識別する
ための基準時間信号は、外部から与えられる制御タイミ
ング信号を利用するものの他、定電流を形成しておいて
キャパシタの充電又は放電を行わせて、その電圧を識別
するもの等何であってもよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in a differential amplifier circuit, an additional circuit such as a capacitor is provided between the gate of the load MOSFET in the current mirror form and the ground potential point of the circuit in order to increase the power supply ripple rejection ratio. May be Further, the reference time signal for identifying the oscillation frequency uses not only a control timing signal given from the outside but also a constant current is formed to charge or discharge the capacitor to identify its voltage. Anything may be used.

〔利用分野〕[Field of application]

この発明は、例えばディジタル電話交換装置を構成する
CODEC等のMOS増幅回路に広く利用できる。
The present invention constitutes, for example, a digital telephone exchange device.
It can be widely used for MOS amplifier circuits such as CODEC.

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

第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、 第2図は、その位相補償回路の一実施例を示す回路図、 第3図は、そのスイッチの一実施例を示す回路図であ
る。 PC……位相補償回路、COUNT……カウンタ回路、OSC……
リングオシレータ、FF……ラッチ回路
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of the phase compensation circuit, and FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of the switch. is there. PC: Phase compensation circuit, COUNT: Counter circuit, OSC:
Ring oscillator, FF ... Latch circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】MOSFETにより構成された差動増幅回路と、
この差動増幅回路の出力信号がゲートに供給され、その
ドレインから出力信号を形成する出力MOSFETと、この出
力MOSFETのゲートとドレインとの間に設けられ、それぞ
れが複数のスイッチMOSFETを介して接続され、対応する
スイッチMOSFETのオン抵抗値とともに位相補償動作を行
う複数個のキャパシタと、かかるMOS増幅回路と同じ半
導体集積回路に形成され、MOSFETにより構成された奇数
個のインバータ回路からなるリングオシレータと、一定
時間内において上記リングオシレータの発信出力を計数
するカウンタ回路とを備え、かかるカウンタ回路の計数
出力に基づいて上記スイッチMOSFETの制御信号を形成し
てなることを特徴とするMOS増幅回路。
1. A differential amplifier circuit composed of MOSFETs,
The output signal of this differential amplifier circuit is supplied to the gate and is provided between the output MOSFET that forms the output signal from the drain and the gate and drain of this output MOSFET, and each is connected through multiple switch MOSFETs. And a ring oscillator including a plurality of capacitors that perform a phase compensation operation together with the on-resistance value of the corresponding switch MOSFET, and an odd number of inverter circuits formed by the MOSFET and formed in the same semiconductor integrated circuit as the MOS amplifier circuit. A MOS amplifier circuit comprising: a counter circuit that counts the oscillation output of the ring oscillator within a fixed period of time; and a control signal for the switch MOSFET is formed based on the count output of the counter circuit.
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