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JPH0529847A - 能動負荷回路及びそれを用いた差動増幅器 - Google Patents

能動負荷回路及びそれを用いた差動増幅器

Info

Publication number
JPH0529847A
JPH0529847A JP3169765A JP16976591A JPH0529847A JP H0529847 A JPH0529847 A JP H0529847A JP 3169765 A JP3169765 A JP 3169765A JP 16976591 A JP16976591 A JP 16976591A JP H0529847 A JPH0529847 A JP H0529847A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
mos transistor
active load
transistors
current
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.)
Pending
Application number
JP3169765A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Seki
哲生 関
Katsuya Ishikawa
勝哉 石川
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP3169765A priority Critical patent/JPH0529847A/ja
Publication of JPH0529847A publication Critical patent/JPH0529847A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Amplifiers (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ゲート電荷の引抜き効率を高めることにより、
電力消費を抑えつつ、出力論理信号の立上りや立ち下が
りを早めることを目的とする。 【構成】能動負荷回路は、第1の回路に挿入された第1
のMOSトランジスタと、第2の回路に挿入された第2
のMOSトランジスタとを備えるとともに、これら第1
及び第2のMOSトランジスタのゲート同士を接続して
構成し、第1の回路に流れる電流と同量の電流またはn
倍の電流を第2の回路に流し込むミラー回路において、
前記第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSトラン
ジスタのゲートに定電流源を接続した。差動増幅器は、
前記能動負荷回路を少なくとも2組備え、各組の第1の
MOSトランジスタを一対の差動トランジスタの各能動
負荷素子として使用し、且つ、各組の第2のMOSトラ
ンジスタを出力スイッチング素子、または、スイッチン
グ素子の駆動素子として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、能動負荷回路及びそれ
を用いた差動増幅器に関し、特にMOSトランジスタに
よって構成する能動負荷回路に関する。近年、高速性と
低電力性とを兼ね備えた、バイポーラトランジスタ/C
MOSトランジスタ混載型のIC、いわゆるBi−CM
OS型のICが多用されているが、こうしたICでは、
任意振幅のアナログ信号をCMOS論理の信号に変換す
ることが求められる。
【0002】
【従来の技術】図6は、この種の信号変換に適用する従
来のレベル変換回路の図であり、能動負荷回路を含む差
動増幅器を用いたレベル変換回路の例である。図6にお
いて、Q1、Q2は差動トランジスタ、C1は定電流源、
INV1は反転回路、T1a、T1b、T2a、T2bT3a及び
3bはMOSトランジスタであり、T1 aとT1bでPMO
S構成の第1のミラー回路M1を構成し、T2aとT2b
同じくPMOS構成の第2のミラー回路M2を構成し、
3aとT3bでNMOS構成の第3のミラー回路M3を構
成している。
【0003】M1のミラー比は1倍、M2及びM3のミラ
ー比は共にn倍(n>1)であり、これらのミラー比に
より、T1aを流れる電流I1の1倍の電流I4がT1bに流
れ、また、T2aを流れる電流I2のn倍の電流I5がT2b
に流れ、さらに、T3aを流れる電流I4のn倍の電流、
すなわちI4=I1であるからI1のn倍の電流I6がT3 b
に流れ込む。
【0004】今、2つの入力信号V1、V2の大小関係が
1>V2のときは、Q1がオン、Q2がオフ状態であり、
1=I3、I2=0となってT3bにI1のn倍の電流I6
が流れる結果、A点の電位がVSS相当の低電位レベルに
引き下げられる。一方、V1<V2のときは、上記と逆に
1がオフ、Q2がオン状態となり、I1=0、I2=I3
となってT2bにI2のn倍の電流I5が流れる結果、A点
の電位がVCC相当の高電位レベルに引き上げられる。
【0005】すなわち、入力信号V1、V2のレベルがV
CC相当のH論理とVSS相当のL論理の2値論理に変換さ
れ、この論理信号がINV1で反転された後、Voとして
出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
回路にあっては、第1及び第2のミラー回路M1、M2
各MOSトランジスタT1a、T2aのゲートを、それぞれ
差動トランジスタQ1、Q2のコレクタに接続する構成と
なっていたため、差動トランジスタのオフ直後では、T
1aやT2aのゲート電荷の引抜きが円滑に行われず、T1a
やT2aのオフ遷移が遅れるといった不具合がある。
【0007】このため、これらのMOSトランジスタT
1a、T2aとミラー関係にある他方のMOSトランジスタ
1b、T2bのオンからオフへの過渡時間が長くなり、そ
の間T1b、T2bを通して負荷電流が流れ続ける結果、電
力消費が大きくなるといった問題点や、出力論理信号V
oの立上りtpLH、または立ち下がりtpHLが遅れる
(図7参照)といった問題点がある。
【0008】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、ゲート電荷の引抜き効率を高めることによ
り、電力消費を抑えつつ、出力論理信号の立上りや立ち
下がりを早めることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る能動負荷回
路は、その原理図を図1に示すように、第1の回路に挿
入された第1のMOSトランジスタと、第2の回路に挿
入された第2のMOSトランジスタとを備えるととも
に、これら第1及び第2のMOSトランジスタのゲート
同士を接続して構成し、第1の回路に流れる電流と同量
の電流またはn倍の電流を第2の回路に流し込む能動負
荷回路において、前記第1のMOSトランジスタ及び第
2のMOSトランジスタのゲートに定電流源を接続した
ことを特徴とする。
【0010】また、本発明に係る差動増幅器は、前記能
動負荷回路を少なくとも2組備え、各組の第1のMOS
トランジスタを一対の差動トランジスタの各能動負荷素
子として使用し、且つ、各組の第2のMOSトランジス
タを出力スイッチング素子、または、スイッチング素子
の駆動素子として使用することを特徴とする。さらに好
ましくは、前記定電流源(C11)の電流値を、第1のM
OSトランジスタのドレインに流れる最大電流の5%〜
20%とすることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明では、定電流源からのゲート電流供給に
より、第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSトラ
ンジスタのオフ遷移速度が早められる。したがって、不
要な負荷電流供給を早期に遮断でき、電力消費を抑制で
きると共に、出力論理信号Voの立上り立ち下がりを早
めることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図2、図3は本発明に係る能動負荷回路及びそれ
を用いた差動増幅器の一実施例を示す図であり、図6と
同様にレベル変換回路に適用した例である。なお、図6
と同一部分には同一符号を付すと共に、その説明の重複
を避けるものとする。
【0013】図2と図6の相違点は、2つの定電流源を
追加した点にある。すなわち、第1のミラー回路M1
MOSトランジスタT1a、T1bのゲートとVCC間に定電
流源C11を接続し、さらに、第2のミラー回路M2のM
OSトランジスタT2a、T2bのゲートとVCC間に定電流
源C12を接続した点が本実施例の特徴点である。ここ
で、第1のミラー回路M1は、一方のMOSトランジス
タ(第1のMOSトランジスタ)T1aを、第1の回路と
しての差動トランジスタQ1側の回路に挿入し、他方の
MOSトランジスタ(第2のMOSトランジスタ)T1b
を、T3aを含む第2の回路に挿入して構成する。第1の
回路に流れる電流I1の1倍の電流(吸い込み電流)I4
を第2の回路に流し込む。
【0014】また、第2のミラー回路M2は、一方のM
OSトランジスタ(第1のMOSトランジスタ)T
2aを、第1の回路としての差動トランジスタQ2側の回
路に挿入し、他方のMOSトランジスタ(第2のMOS
トランジスタ)T2bを、T3bを含む第2の回路に挿入し
て構成する。第1の回路に流れる電流I2のn倍の電流
(吸い込み電流)I6を第2の回路に流し込む。
【0015】さらに、一対の差動トランジスタQ1、Q2
は、第1から第3までのミラー回路M1〜M3と共に差動
増幅器を構成し、この差動増幅器は、MOSトランジス
タT 1a、T2a(第1のMOSトランジスタ)を差動トラ
ンジスタQ1、Q2の能動負荷とし、MOSトランジスタ
2bをH論理側のスイッチング素子とし、MOSトラン
ジスタT3bをL論理側のスイッチング素子とし、MOS
トランジスタT2bをスイッチング素子T3bの駆動素子と
して使用する。
【0016】以上の構成において、入力信号が、(1)
1>V2の状態からV1<V2の状態へ変化する場合、
(2)この逆にV1<V2の状態からV1>V2の状態へ変
化する場合を考える。(1)の場合は「Q1」がオンか
らオフへと遷移し、(2)の場合は「Q2」がオンから
オフへと遷移する。そして何れの場合も、そのオフ遷移
側のトランジスタに接続されたMOSトランジスタ「T
1a」または「T2a」のドレイン−ソース間電圧がピンチ
オフ電圧以下となり、同じくオンからオフへ変化する。
ここで、T1aのゲートには定電流源C11が、またT2a
ゲートには定電流源C12が接続されており、これらの定
電流源は何れもソースの定電流源として働く。
【0017】したがって、T1a、T2aのオフ遷移時に
は、定電流源C11、C12から電流を供給してゲート電荷
を速やかに引き抜くことができ、オフ遷移時間を早める
ことができる。その結果、T2bまたはT1b(T3a
3b)を直ちにオフさせることができ、負荷電流を速や
かに遮断して電力消費を抑えることができるとともに、
図3に示すように論理信号Voの立ち下がり及び立ち下
がりを短縮化できる。
【0018】ここで、定電流源C11、C12の電流値は、
定電流源C1の電流値(I1及びI2の最大値)との比が
一定の範囲(5%〜20%)となるように設定すると、
最大の効果を得ることができる。なお、上記の実施例で
は、第3のミラー回路M3を除くミラー回路に定電流源
を接続しているが、これに限るものではなく、例えば、
図4に示すように、第3のミラー回路M3を構成する2
つのMOSトランジスタT3a、T3bのゲートとVS Sの間
にシンクの定電流源C13を接続してもよい。
【0019】このようにすると、T3aのオフ遷移時間を
さらに早めることができ、T3bを速やかにオフさせるこ
とができる。したがって、図5に示すように、Voの立
上りをより短縮化できる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート電荷の引抜き効
率を高めることができ、電力消費を抑えつつ、出力論理
信号の立上りや立ち下がりを早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】一実施例の構成図である。
【図3】一実施例の波形図である。
【図4】一実施例の他の構成図である。
【図5】一実施例の他の波形図である。
【図6】従来例の構成図である。
【図7】従来例の波形図である。
【符号の説明】
1a:MOSトランジスタ(第1のMOSトランジス
タ) T2a:MOSトランジスタ(第1のMOSトランジス
タ) T1b:MOSトランジスタ(第2のMOSトランジス
タ、駆動素子) T2b:MOSトランジスタ(第2のMOSトランジス
タ、出力スイッチング素子) M1〜M4:ミラー回路 C11、C12:定電流源 Q1、Q2:差動トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 19/0175

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の回路に挿入された第1のMOSトラ
    ンジスタと、第2の回路に挿入された第2のMOSトラ
    ンジスタとを備えるとともに、これら第1及び第2のM
    OSトランジスタのゲート同士を接続して構成し、第1
    の回路に流れる電流と同量の電流またはn倍の電流を第
    2の回路に流し込む能動負荷回路において、 前記第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSトラン
    ジスタのゲートに定電流源を接続したことを特徴とする
    能動負荷回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の能動負荷回路を少なくとも
    2組備え、 各組の第1のMOSトランジスタを一対の差動トランジ
    スタの各能動負荷素子として使用し、 且つ、各組の第2のMOSトランジスタを出力スイッチ
    ング素子、または、スイッチング素子の駆動素子として
    使用することを特徴とする差動増幅器。
  3. 【請求項3】請求項1記載の定電流源(C11)の電流値
    は、第1のMOSトランジスタのドレインに流れる最大
    電流の5%〜20%とすることを特徴とする能動負荷回
    路。
JP3169765A 1991-07-10 1991-07-10 能動負荷回路及びそれを用いた差動増幅器 Pending JPH0529847A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05129849A (ja) * 1991-10-30 1993-05-25 Nec Corp Ifリミツタ増幅回路
JPH10335952A (ja) * 1997-06-04 1998-12-18 Toshiba Corp バッファアンプ
US6111469A (en) * 1997-08-20 2000-08-29 Nec Corporation Charge pumping circuit and PLL frequency synthesizer
JP2010161753A (ja) * 2009-01-12 2010-07-22 Denso Corp レベルシフト回路

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970819