JPH08307224A - Operational amplifier circuit - Google Patents
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- JPH08307224A JPH08307224A JP7134827A JP13482795A JPH08307224A JP H08307224 A JPH08307224 A JP H08307224A JP 7134827 A JP7134827 A JP 7134827A JP 13482795 A JP13482795 A JP 13482795A JP H08307224 A JPH08307224 A JP H08307224A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、pチャネルの出力段
MOSトランジスタとnチャネルの出力段MOSトラン
ジスタによるプッシュプル動作を行う相補型出力回路を
持つ演算増幅回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operational amplifier circuit having a complementary output circuit that performs a push-pull operation by a p-channel output stage MOS transistor and an n-channel output stage MOS transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】CMOSプロセスによる演算増幅回路
は、多くの場合、図3に示すように、入力段にはCMO
S差動回路が用いられ、出力段は定電流負荷を持つシン
グルエンド型とされる。この種の演算増幅回路は、出力
端につながる負荷が低インピーダンス負荷である場合、
ドライブ能力に問題がある。定電流負荷により供給電流
が制限されるからである。低インピーダンス負荷に対す
る十分なドライブ能力を持たせるためには、定電流負荷
のインピーダンスを十分小さくして大電流を供給できる
ようにする必要があり、それに伴って出力段MOSトラ
ンジスタも電流容量の十分大きいものとすることが必要
になる。2. Description of the Related Art In many cases, an operational amplifier circuit based on a CMOS process has a CMO at the input stage, as shown in FIG.
An S differential circuit is used, and the output stage is a single end type having a constant current load. This kind of operational amplifier circuit, if the load connected to the output end is a low impedance load,
There is a problem with the drive capacity. This is because the supply current is limited by the constant current load. In order to provide a sufficient driving capability for a low impedance load, it is necessary to make the impedance of the constant current load sufficiently small so that a large current can be supplied, and accordingly, the output stage MOS transistor also has a sufficiently large current capacity. It is necessary to do something.
【0003】これに対して、低インピーダンス負荷のド
ライブに有利な演算増幅回路として、図3の演算増幅回
路構成とはpチャネル,nチャネルを逆にした回路を用
意して、図4に示すように電源VDD側と接地VSS側に配
置して相補型回路とすることが考えられる。この様な回
路とすれば、出力段のpチャネルMOSトランジスタと
nチャネルMOSトランジスタのプッシュプル動作によ
る負荷ドライブが可能になる。On the other hand, as an operational amplifier circuit advantageous for driving a low impedance load, a circuit in which p-channel and n-channel are reversed from the operational amplifier circuit configuration of FIG. 3 is prepared, and as shown in FIG. It is conceivable to arrange them on the power supply VDD side and the ground VSS side to form a complementary circuit. With such a circuit, it is possible to drive the load by the push-pull operation of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor in the output stage.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図4に示すよ
うに単に二つのシングルエンド型演算増幅回路を組み合
わせただけの相補型回路では、出力段のpチャネルMO
SトランジスタとnチャネルMOSトランジスタの電流
を安定化する機能を持たない。なぜなら、pチャネルM
OSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタが同
時にオンして貫通電流が流れるバイアス条件の下で、貫
通電流が増大しても出力電位は変わらず、貫通電流の増
大を抑制するフィードバック機能がないからである。従
って、貫通電流が増大して破壊に至るといった問題が生
じる。逆に、出力段MOSトランジスタの電流が同時に
減少した場合には、出力段がカットオフしてしまう。However, in the complementary circuit in which only two single-ended operational amplifier circuits are simply combined as shown in FIG. 4, a p-channel MO of the output stage is used.
It does not have the function of stabilizing the current of the S transistor and the n-channel MOS transistor. Because p channel M
This is because, under a bias condition in which the OS transistor and the n-channel MOS transistor are turned on at the same time and the through current flows, the output potential does not change even if the through current increases, and there is no feedback function for suppressing the increase of the through current. Therefore, there arises a problem that the through-current increases to cause destruction. On the contrary, when the currents of the output stage MOS transistors decrease at the same time, the output stage is cut off.
【0005】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、出力段をプッシュプル動作させ、且つ出力段電
流の安定化機能を持たせた演算増幅回路を提供すること
を目的としている。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide an operational amplifier circuit having a push-pull operation in the output stage and having a function of stabilizing the output stage current.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る演算増幅
回路は、nチャネルの差動MOSトランジスタ対とpチ
ャネルの第1のカレントミラー回路による能動負荷を有
する第1の入力段差動増幅回路と、pチャネルの差動M
OSトランジスタ対とnチャネルの第2のカレントミラ
ー回路による能動負荷を有する、前記第1の入力段差動
増幅回路と並列接続された第2の入力段差動増幅回路
と、前記第1の入力段差動増幅回路の出力によりゲート
が制御され、ドレインが信号出力端に接続されたpチャ
ネルの出力段MOSトランジスタ及び前記第2の入力段
差動増幅回路の出力によりゲートが制御され、ドレイン
が前記信号出力端に接続されたnチャネルの出力段MO
Sトランジスタを有する相補型出力回路と、前記pチャ
ネルの出力段MOSトランジスタと同じゲート・ソース
間バイアスが与えられるpチャネルの電流検出用MOS
トランジスタを用いて前記pチャネルの出力段MOSト
ランジスタの電流に比例する検出電流を得る第1の電流
検出回路と、前記nチャネルの出力段MOSトランジス
タと同じゲート・ソース間バイアスが与えられるnチャ
ネルの電流検出用MOSトランジスタを用いて前記nチ
ャネルの出力段MOSトランジスタの電流に比例する検
出電流を得る第2の電流検出回路と、前記第1,第2の
電流検出回路の出力によりそれぞれ制御される電流源M
OSトランジスタを有し、前記第1,第2のカレントミ
ラー回路の共通基準電流として前記第1,第2の電流検
出回路による検出電流の和に比例する基準電流を得る基
準電流源回路とを有することを特徴としている。An operational amplifier circuit according to the present invention includes a first input stage differential amplifier circuit having an active load formed by an n-channel differential MOS transistor pair and a p-channel first current mirror circuit. , P channel differential M
A second input stage differential amplifier circuit connected in parallel with the first input stage differential amplifier circuit having an active load by an OS transistor pair and an n-channel second current mirror circuit; and the first input stage differential circuit The gate is controlled by the output of the amplifier circuit, the gate is controlled by the output of the p-channel output stage MOS transistor whose drain is connected to the signal output terminal, and the output of the second input stage differential amplifier circuit, and the drain is the signal output terminal. N-channel output stage MO connected to
Complementary output circuit having S-transistor, and p-channel current detection MOS to which the same gate-source bias as the p-channel output stage MOS transistor is applied
A first current detection circuit that uses a transistor to obtain a detection current proportional to the current of the p-channel output-stage MOS transistor; and an n-channel that is given the same gate-source bias as the n-channel output-stage MOS transistor. A second current detection circuit that obtains a detection current proportional to the current of the n-channel output-stage MOS transistor using a current detection MOS transistor, and is controlled by the outputs of the first and second current detection circuits, respectively. Current source M
A reference current source circuit that has an OS transistor and obtains a reference current proportional to the sum of the detection currents of the first and second current detection circuits as a common reference current of the first and second current mirror circuits. It is characterized by that.
【0007】この発明において好ましくは、前記第1の
電流検出回路は、前記pチャネルの電流検出用MOSト
ランジスタのチャネル幅とチャネル長の比が前記pチャ
ネルの出力段MOSトランジスタのチャネル幅とチャネ
ル長の比の1/N(但し、N>1)に設定されて、前記
pチャネルの出力段MOSトランジスタのコレクタ電流
の1/Nの検出電流を得るものであり、前記第2の電流
検出回路は、前記nチャネルの電流検出用MOSトラン
ジスタのチャネル幅とチャネル長の比が前記nチャネル
の出力段MOSトランジスタのチャネル幅とチャネル長
の比の1/Nに設定されて、前記nチャネルの出力段M
OSトランジスタのコレクタ電流の1/Nの検出電流を
得るものであることを特徴としている。In the present invention, preferably, in the first current detecting circuit, the ratio of the channel width of the p-channel current detecting MOS transistor to the channel length is the channel width and the channel length of the p-channel output stage MOS transistor. Is set to 1 / N (where N> 1) to obtain a detection current of 1 / N of the collector current of the p-channel output stage MOS transistor, and the second current detection circuit , The ratio of the channel width and the channel length of the n-channel current detection MOS transistor is set to 1 / N of the ratio of the channel width and the channel length of the n-channel output stage MOS transistor, and the n-channel output stage M
It is characterized in that a detection current of 1 / N of the collector current of the OS transistor is obtained.
【0008】[0008]
【作用】この発明による演算増幅回路は、第1,第2の
入力段差動増幅回路により信号入力段を相補型回路にす
ると同時に、出力段もpチャネル出力段MOSトランジ
スタとnチャネル出力段MOSトランジスタによる相補
型回路としている。また第1,第2の入力段差動増幅回
路には、それぞれ第1,第2のカレントミラー回路によ
る能動負荷を設ける。そして、出力段の電流安定化を図
るために、出力段のpチャネルMOSトランジスタとn
チャネルMOSトランジスタの電流を検出する第1,第
2の電流検出回路を設け、それらの検出電流の和に比例
する基準電流が得られるような基準電流源回路を、第
1,第2のカレントミラー回路の共通基準電流源回路と
して構成する。In the operational amplifier circuit according to the present invention, the signal input stage is made a complementary circuit by the first and second input stage differential amplifier circuits, and at the same time, the output stage is also a p-channel output stage MOS transistor and an n-channel output stage MOS transistor. It is a complementary circuit. The first and second input stage differential amplifier circuits are provided with active loads by the first and second current mirror circuits, respectively. In order to stabilize the current in the output stage, the p-channel MOS transistor
The first and second current mirrors are provided with first and second current detection circuits for detecting the current of the channel MOS transistor, and a reference current source circuit that obtains a reference current proportional to the sum of the detected currents. The circuit is configured as a common reference current source circuit.
【0009】これにより、この発明の演算増幅回路で
は、出力段の貫通電流が変動しようとすると、第1,第
2のカレントミラー回路の共通基準電流が制御され、例
えば貫通電流が増大する方向であれば、第1,第2の入
力段差動増幅回路ではそれぞれの能動負荷がより深くオ
ンする方向に基準電流が作用し、これにより出力段pチ
ャネルMOSトランジスタ及びnチャネルMOSトラン
ジスタ共にオフする方向にゲートがバイアスされる。即
ち、出力段貫通電流の増大を抑制するフィードバックが
係り、出力電流が安定化されて、暴走等による破壊が確
実に防止される。出力電流の差分に対しては、上述の電
流検出と基準電流制御による負のフィードバックはかか
らないから、演算増幅回路としての増幅率には影響はな
い。As a result, in the operational amplifier circuit according to the present invention, when the shoot-through current in the output stage is about to change, the common reference current of the first and second current mirror circuits is controlled so that the shoot-through current increases, for example. If so, the reference current acts on the first and second input stage differential amplifier circuits in the direction in which the respective active loads are turned on deeper, whereby the output stage p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor are both turned off. The gate is biased. That is, the feedback for suppressing the increase of the output stage through current is involved, the output current is stabilized, and the breakdown due to the runaway or the like is surely prevented. The difference between the output currents is not negatively fed back by the above-described current detection and reference current control, so that the amplification factor of the operational amplifier circuit is not affected.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る演算増幅
回路である。入力段には、共通ソースに定電流源I2が
設けられ、それぞれのゲートが反転入力端子IN2,非
反転入力端子IN1となるnチャネルの差動MOSトラ
ンジスタ対Q1,Q3を用いた第1の差動増幅回路1
と、同様に共通ソースに定電流源I1が設けられ、それ
ぞれのゲートが反転入力端子IN2,非反転入力端子I
N1となるpチャネルの差動MOSトランジスタ対Q
2,Q4を用いた第2の差動増幅回路2とが並列接続さ
れて配置されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an operational amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. The input stage is provided with a constant current source I2 as a common source, and a first difference using an n-channel differential MOS transistor pair Q1 and Q3 whose gates serve as an inverting input terminal IN2 and a non-inverting input terminal IN1. Dynamic amplification circuit 1
Similarly, a constant current source I1 is provided in the common source, and each gate has an inverting input terminal IN2 and a non-inverting input terminal I1.
N channel p-channel differential MOS transistor pair Q
The second differential amplifier circuit 2 using Q2 and Q2 is connected in parallel and arranged.
【0011】第1の差動増幅回路1の出力端N1となる
MOSトランジスタQ3のドレイン側には、pチャネル
MOSトランジスタQ7,Q5により構成された第1の
カレントミラー回路3のMOSトランジスタQ5が能動
負荷として挿入されている。同様に、第2の差動増幅回
路2の出力端N2となるMOSトランジスタQ4のドレ
イン側には、nチャネルMOSトランジスタQ8,Q6
により構成された第2のカレントミラー回路4のMOS
トランジスタQ6が能動負荷として挿入されている。On the drain side of the MOS transistor Q3 which is the output terminal N1 of the first differential amplifier circuit 1, the MOS transistor Q5 of the first current mirror circuit 3 constituted by p-channel MOS transistors Q7 and Q5 is active. It is inserted as a load. Similarly, on the drain side of the MOS transistor Q4 which is the output terminal N2 of the second differential amplifier circuit 2, n-channel MOS transistors Q8 and Q6 are provided.
MOS of the second current mirror circuit 4 constituted by
Transistor Q6 is inserted as an active load.
【0012】第1の差動増幅回路1の出力端N1により
ゲートが制御されるpチャネルの出力段MOSトランジ
スタQ15と、第2の差動増幅回路2の出力端N2によ
りゲートが制御されるnチャネルの出力段MOSトラン
ジスタQ16とがそれぞれ電源VDD側,接地VSS側に配
置され、ドレインを共通に信号出力端OUTに接続して
相補型出力回路5が構成されている。A p-channel output-stage MOS transistor Q15 whose gate is controlled by the output terminal N1 of the first differential amplifier circuit 1 and n whose gate is controlled by the output terminal N2 of the second differential amplifier circuit 2. The output stage MOS transistor Q16 of the channel is arranged on the power supply VDD side and the ground VSS side, respectively, and the drains are commonly connected to the signal output terminal OUT to form the complementary output circuit 5.
【0013】第1,第2のカレントミラー回路3,4に
は共通の基準電流源回路8が設けられている。この基準
電流源回路8は、pチャネルの出力段MOSトランジス
タQ15の電流量に応じて導通度が制御される、第1の
カレントミラー回路3側のnチャネルMOSトランジス
タQ9と、nチャネルの出力段MOSトランジスタQ1
6の電流量に応じて導通度が制御される、第2のカレン
トミラー回路4側のpチャネルMOSトランジスタQ1
0と、これらに直列に挿入された抵抗R1,R2とから
構成されている。A common reference current source circuit 8 is provided for the first and second current mirror circuits 3 and 4. The reference current source circuit 8 has an n-channel MOS transistor Q9 on the side of the first current mirror circuit 3 whose conductivity is controlled according to the amount of current of the p-channel output stage MOS transistor Q15, and an n-channel output stage. MOS transistor Q1
P-channel MOS transistor Q1 on the side of the second current mirror circuit 4 whose conductivity is controlled according to the amount of current
0 and resistors R1 and R2 inserted in series with them.
【0014】相補型出力回路5の出力段MOSトランジ
スタQ15,Q16のそれぞれの電流検出を行うため
に、第1,第2の電流検出回路6,7が設けられてい
る。第1の電流検出回路6は、出力段MOSトランジス
タQ15と共通にゲートが駆動され、ソースが電源VDD
に接続されて、MOSトランジスタQ15と同じゲート
・ソース間バイアスが与えられるpチャネルの電流検出
用MOSトランジスタQ11を持つ。同様に第2の電流
検出回路7は、出力段MOSトランジスタQ16と同じ
ゲート・ソース間バイアスが与えられるnチャネルの電
流検出用MOSトランジスタQ12を有する。First and second current detection circuits 6 and 7 are provided to detect the currents of the output stage MOS transistors Q15 and Q16 of the complementary output circuit 5. In the first current detection circuit 6, the gate is driven in common with the output stage MOS transistor Q15, and the source is the power supply VDD.
And a p-channel current detection MOS transistor Q11 which is connected to the same and is supplied with the same gate-source bias as the MOS transistor Q15. Similarly, the second current detection circuit 7 has an n-channel current detection MOS transistor Q12 to which the same gate-source bias as the output stage MOS transistor Q16 is applied.
【0015】電流検出用MOSトランジスタQ11のチ
ャネル幅W11とチャネル長L11の比は、出力段MOSト
ランジスタQ15のチャネル幅W15とチャネル長L15の
比に対して、下記数1を満たすように、素子寸法が設定
される。但し、Nは1より大きい数とする。The ratio of the channel width W11 to the channel length L11 of the current detecting MOS transistor Q11 is such that the following equation 1 is satisfied with respect to the ratio of the channel width W15 to the channel length L15 of the output stage MOS transistor Q15. Is set. However, N is a number larger than 1.
【0016】[0016]
【数1】W11/L11=(W15/L15)/N[Equation 1] W11 / L11 = (W15 / L15) / N
【0017】同様に、電流検出用MOSトランジスタQ
12のチャネル幅W12とチャネル長L12の比は、出力段
MOSトランジスタQ16のチャネル幅W16とチャネル
長L16の比に対して、下記数2を満たすように、素子寸
法が設定される。Similarly, a current detection MOS transistor Q
The device dimension is set so that the ratio of the channel width W12 and the channel length L12 of 12 satisfies the following formula 2 with respect to the ratio of the channel width W16 and the channel length L16 of the output stage MOS transistor Q16.
【0018】[0018]
【数2】W12/L12=(W16/L16)/N[Equation 2] W12 / L12 = (W16 / L16) / N
【0019】一方の電流検出用MOSトランジスタQ1
1のドレインは、負荷となる抵抗R3を介し、pチャネ
ルMOSトランジスタQ13を介して接地VSSに接続さ
れる。他方の電流検出用MOSトランジスタQ12のド
レインも同様に、抵抗R4を介し、nチャネルMOSト
ランジスタQ14を介して電源VDDに接続される。これ
らのMOSトランジスタQ13,Q14のゲートは、電
源VDD−接地VSS間を分圧する抵抗R5,R6による中
間電位点N3の電位により制御される。One current detection MOS transistor Q1
The drain of 1 is connected to the ground VSS via the resistor R3 serving as a load and the p-channel MOS transistor Q13. Similarly, the drain of the other current detection MOS transistor Q12 is also connected to the power supply VDD through the resistor R4 and the n-channel MOS transistor Q14. The gates of these MOS transistors Q13 and Q14 are controlled by the potential of the intermediate potential point N3 by resistors R5 and R6 that divide the voltage between the power supply VDD and the ground VSS.
【0020】以上の抵抗R3とMOSトランジスタQ1
3の部分、及び抵抗R4とMOSトランジスタQ14の
部分は、それぞれ電流検出用MOSトランジスタQ1
1,Q12による検出電流を電圧値に変換する電流電圧
変換回路となっていて、それぞれの出力ノードN4,N
5がカレントミラー回路3,4の共通基準電流源回路8
におけるMOSトランジスタQ9,Q10のゲートに接
続される。The above resistor R3 and MOS transistor Q1
3 and the resistor R4 and the MOS transistor Q14 are respectively connected to the current detecting MOS transistor Q1.
1 and Q12 are current-voltage conversion circuits for converting the detected currents into voltage values, and output nodes N4, N
5 is a common reference current source circuit 8 for the current mirror circuits 3 and 4.
Connected to the gates of the MOS transistors Q9 and Q10.
【0021】この様に構成された演算増幅回路の出力電
流安定化の動作を次に説明する。相補型出力回路5のp
チャネルMOSトランジスタQ15とnチャネルMOS
トランジスタQ16のコレクタ電流は、それぞれ第1,
第2の電流検出回路6,7により検出される。電流検出
用MOSトランジスタQ11,Q12のチャネル幅とチ
ャネル長の比がそれぞれ出力段MOSトランジスタQ1
5,Q16のそれに対して、前述のように、1/Nに設
定されているから、出力段MOSトランジスタQ15,
Q16のコレクタ電流の1/Nの検出電流で電流検出が
行われる。The operation of stabilizing the output current of the operational amplifier circuit configured as described above will be described below. P of the complementary output circuit 5
Channel MOS transistor Q15 and n-channel MOS
The collector currents of the transistor Q16 are the first and the first, respectively.
It is detected by the second current detection circuits 6 and 7. The ratio of the channel width and the channel length of the current detection MOS transistors Q11 and Q12 is determined by the output stage MOS transistor Q1.
5 and Q16 are set to 1 / N as described above, the output stage MOS transistor Q15,
Current detection is performed with a detection current that is 1 / N of the collector current of Q16.
【0022】基準電流源回路8による基準電流は、これ
らの第1,第2の電流検出回路6,7による検出電流の
和に比例するように可変制御され、これが第1,第2の
カレントミラー回路3,4により、それぞれ第1,第2
の差動増幅回路1,2の能動負荷電流として与えられ
る。従って、例えば相補型出力回路4での貫通電流が増
大すると、これに対応して、第1,第2の差動増幅回路
1,2では能動負荷MOSトランジスタQ5,Q6の電
流が増大する方向、即ち、一方の出力端N1は電位が上
昇し、他方の出力端N2は電位低下する方向に働く。こ
れにより、出力段MOSトランジスタQ15,Q16は
共に、オフする方向にゲートがバイアスされて、貫通電
流を減らす方向の負帰還がかかることになる。The reference current from the reference current source circuit 8 is variably controlled so as to be proportional to the sum of the detection currents from the first and second current detection circuits 6 and 7, and this is controlled by the first and second current mirrors. The circuits 1 and 2 are provided by the circuits 3 and 4, respectively.
Is given as an active load current of the differential amplifier circuits 1 and 2. Therefore, for example, when the through current in the complementary output circuit 4 increases, the currents of the active load MOS transistors Q5 and Q6 in the first and second differential amplifier circuits 1 and 2 correspondingly increase. That is, the potential at one output terminal N1 increases and the potential at the other output terminal N2 decreases. As a result, the gates of both the output stage MOS transistors Q15 and Q16 are biased in the OFF direction, and negative feedback is applied in the direction of reducing the through current.
【0023】以上の負帰還動作をより具体的に説明す
る。説明を簡単にするため、次の仮定をおく。先ずR5
=R6とし、ノードN3にはVDD/2が得られるものと
する。また、R1=R2=R3=R4とし、pチャネル
MOSトランジスタQ10とQ13とは同サイズ、nチ
ャネルMOSトランジスタQ9とQ14は同サイズとす
る。第1,第2の差動増幅回路1,2の定電流源I2,
I1は、I1=I2とする。The above negative feedback operation will be described more specifically. The following assumptions are made to simplify the explanation. First R5
= R6, and VDD / 2 is obtained at the node N3. Further, R1 = R2 = R3 = R4, p-channel MOS transistors Q10 and Q13 have the same size, and n-channel MOS transistors Q9 and Q14 have the same size. Constant current sources I2 of the first and second differential amplifier circuits 1 and 2
I1 is I1 = I2.
【0024】第1,第2の電流検出回路6,7と基準電
流源回路8の要部の電圧電流の関係を示すと、図2のよ
うになる。第1,第2の電流検出回路6,7による検出
電流が、図示のようにI11,I12としたとき、これらの
電流により、抵抗R3の両端に電圧VR3、MOSトラン
ジスタQ13のゲート・ソース間に電圧VT13 、同様に
抵抗R4の両端に電圧VR4、MOSトランジスタQ14
のゲート・ソース間に電圧VT14 が発生する。The relationship between the voltage and current of the main parts of the first and second current detection circuits 6 and 7 and the reference current source circuit 8 is shown in FIG. When the currents detected by the first and second current detection circuits 6 and 7 are I11 and I12 as shown in the figure, these currents cause a voltage VR3 across the resistor R3 and a gate-source between the MOS transistor Q13. Voltage VT13, similarly voltage VR4 across the resistor R4, MOS transistor Q14
A voltage VT14 is generated between the gate and source of the.
【0025】従って、基準電流源回路8のMOSトラン
ジスタQ9とQ10のゲート間には、下記数3の電圧が
かかる。Therefore, a voltage of the following expression 3 is applied between the gates of the MOS transistors Q9 and Q10 of the reference current source circuit 8.
【0026】[0026]
【数3】VR3+VT13 +VT14 +VR4[Equation 3] VR3 + VT13 + VT14 + VR4
【0027】また、基準電流源回路8のMOSトランジ
スタQ9のゲート・ソース間電圧をVT9,MOSトラン
ジスタQ10のゲート・ソース間電圧をVT10 、抵抗R
1,R2の両端電圧をそれぞれ、VR1,VR2とすると、
数3との関係で次の数4が得られる。Further, the gate-source voltage of the MOS transistor Q9 of the reference current source circuit 8 is VT9, the gate-source voltage of the MOS transistor Q10 is VT10, and the resistor R.
If the voltages across R1 and R2 are VR1 and VR2, respectively,
The following equation 4 is obtained in relation to the equation 3.
【0028】[0028]
【数4】VT9+VR1+VR2+VT10 =VR3+VT13 +V
T14 +VR4[Formula 4] VT9 + VR1 + VR2 + VT10 = VR3 + VT13 + V
T14 + VR4
【0029】先に説明した素子寸法の関係から、VT13
=VT10 、VT14 =VT9であるから、数4は、次の数5
に書き換えられる。From the relationship of the element dimensions described above, VT13
= VT10 and VT14 = VT9, the equation 4 is the following equation 5
Can be rewritten as
【0030】[0030]
【数5】VR1+VR2=VR3+VR4[Equation 5] VR1 + VR2 = VR3 + VR4
【0031】また、基準電流源回路8のMOSトランジ
スタQ9,Q10の電流をI9 ,I10とすると、数5か
ら、下記数6の関係が得られる。When the currents of the MOS transistors Q9 and Q10 of the reference current source circuit 8 are I9 and I10, the relationship of the following Expression 6 can be obtained from Expression 5.
【0032】[0032]
【数6】 R1 ・I9 +R2 ・I10=R3 ・I11+R4 ・I12[Equation 6] R1 · I9 + R2 · I10 = R3 · I11 + R4 · I12
【0033】ところで、電流I9 ,I10は他に分岐路が
ないから、I9 =I10であり、また前述のようにR1=
R2=R3=R4とすると、数6から次の数7が得られ
る。By the way, since the currents I9 and I10 have no other branch paths, I9 = I10, and as described above, R1 =
When R2 = R3 = R4, the following Equation 7 is obtained from Equation 6.
【0034】[0034]
【数7】I9 =I10=(I10+I12)/2[Equation 7] I9 = I10 = (I10 + I12) / 2
【0035】以上により、第1,第2のカレントミラー
回路3,4の共通の基準電流I9 =I10は、第1,第2
の電流検出回路6,7による検出電流I11,I12の和に
比例した値になる。検出電流I11,I12はそれぞれ、出
力段MOSトランジスタQ15,Q16のコレクタ電流
に比例したものであるから、言い換えれば、共通の基準
電流I9 =I10は、出力段の貫通電流に比例したものと
なる。From the above, the common reference current I9 = I10 of the first and second current mirror circuits 3 and 4 is
The value becomes proportional to the sum of the detection currents I11 and I12 by the current detection circuits 6 and 7. The detected currents I11 and I12 are proportional to the collector currents of the output-stage MOS transistors Q15 and Q16, respectively. In other words, the common reference current I9 = I10 is proportional to the through current of the output stage.
【0036】この様にして相補型出力回路5の貫通電流
に応じて制御される基準電流が第1,第2の差動増幅回
路1,2の能動負荷電流として与えられるから、貫通電
流が増大した場合には、第1,第2の差動増幅回路1,
2のMOSトランジスタQ5,Q6が共に深くオンする
方向に働き、相補型出力回路5の貫通電流を抑えるよう
に負のフィードバックがかかる。第1,第2の差動増幅
回路1,2はそれぞれ定電流源I2,I1により一定電
流が流れるように設定されているから、結局これらに一
定の能動負荷電流が流れるように、相補型出力回路5の
貫通電流が制御されることになる。In this way, since the reference current controlled according to the through current of the complementary output circuit 5 is given as the active load current of the first and second differential amplifier circuits 1 and 2, the through current increases. In that case, the first and second differential amplifier circuits 1,
The two MOS transistors Q5 and Q6 both work in a direction to be turned on deeply, and negative feedback is applied so as to suppress the through current of the complementary output circuit 5. Since the first and second differential amplifier circuits 1 and 2 are set so that a constant current flows by the constant current sources I2 and I1, respectively, complementary output signals are generated so that a constant active load current will eventually flow through them. The through current of the circuit 5 will be controlled.
【0037】例えば、この演算増幅回路の出力電位が電
源VDDのほぼ中間電位にあるとすると、検出電流はI11
=I12である。また、第1,第2の差動増幅回路1,2
の能動負荷トランジスタQ5,Q6の電流IQ5,IQ6は
それぞれ、カレントミラー回路3,4により、IQ5=I
9 ,IQ6=I10であり、且つI9 =I10であるから、差
動トランジスタ対のそれぞれ一方のトランジスタQ3,
Q4の電流IQ3,IQ4は、下記数8となる。For example, if the output potential of this operational amplifier circuit is approximately the midpoint potential of the power supply VDD, the detected current is I11.
= I12. In addition, the first and second differential amplifier circuits 1 and 2
The currents IQ5 and IQ6 of the active load transistors Q5 and Q6 of the current mirror circuit 5 are respectively IQ5 = I
Since 9, IQ6 = I10 and I9 = I10, one of the transistors Q3 of each differential transistor pair is
The currents IQ3 and IQ4 of Q4 are given by the following equation 8.
【0038】[0038]
【数8】IQ3=I11=I12=IQ4[Equation 8] IQ3 = I11 = I12 = IQ4
【0039】即ち、検出電流I11,I12が初段の差動増
幅回路1,2の電流IQ3,IQ4と等しい状態、言い換え
れば、出力段MOSトランジスタQ15,Q16の電流
はこれらのN倍の値で安定化されていることになる。That is, the detected currents I11 and I12 are equal to the currents IQ3 and IQ4 of the first-stage differential amplifier circuits 1 and 2, in other words, the currents of the output-stage MOS transistors Q15 and Q16 are stable at N times these values. It has been realized.
【0040】以上の説明から容易に明らかなように、第
1,第2の電流検出回路6,7及び基準電圧源回路8
は、相補型出力回路5のMOSトランジスタQ15,Q
16の電流の差成分に関しては不帰還作用を有しないか
ら、差動入力信号に対する増幅率に影響はない。例え
ば、一方の入力端IN1の電位が他方の入力端IN2に
対して上昇すると、第1の差動増幅回路1では出力端N
1が電位低下して出力段MOSトランジスタQ15をオ
ンにする方向に作用し、第2の差動増幅回路2では出力
端N2が電位低下して出力MOSトランジスタQ16を
オフにする方向に作用する結果、信号出力端OUTの電
位が上昇するという、出力段プッシュプル動作の差動増
幅が行われる。As is readily apparent from the above description, the first and second current detection circuits 6 and 7 and the reference voltage source circuit 8
Are MOS transistors Q15 and Q of the complementary output circuit 5.
Since there is no non-feedback action with respect to the difference component of 16 currents, there is no influence on the amplification factor for the differential input signal. For example, when the potential of one input terminal IN1 rises with respect to the other input terminal IN2, the first differential amplifier circuit 1 outputs the output terminal N1.
As a result, 1 acts to turn on the output stage MOS transistor Q15, and in the second differential amplifier circuit 2, the output terminal N2 acts to turn on the output MOS transistor Q16 by lowering the potential. , The differential amplification of the output stage push-pull operation is performed such that the potential of the signal output terminal OUT rises.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、出
力段を相補型回路として、出力段の電流検出を行い、初
段の差動増幅回路に出力段の貫通電流の変動を抑制する
ような帰還を行うことにより、プッシュプル動作の演算
増幅回路について出力段電流の安定化機能を持たせるこ
とができる。As described above, according to the present invention, the output stage is configured as a complementary circuit to detect the current in the output stage and suppress the fluctuation of the through current of the output stage in the differential amplifier circuit in the first stage. By performing such feedback, the operational amplifier circuit for push-pull operation can have a function of stabilizing the output stage current.
【図1】 この発明の一実施例に係る演算増幅回路を示
す。FIG. 1 shows an operational amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
【図2】 同実施例の電流制御の動作を説明する為の図
である。FIG. 2 is a diagram for explaining the current control operation of the embodiment.
【図3】 従来の演算増幅回路を示す。FIG. 3 shows a conventional operational amplifier circuit.
【図4】 図3の回路を併設した演算増幅回路を示す。FIG. 4 shows an operational amplifier circuit provided with the circuit of FIG.
1…第1の入力段差動増幅回路、2…第1の入力段差動
増幅回路、3…第1のカレントミラー回路、4…第2の
カレントミラー回路、5…相補型出力回路、6…第1の
電流検出回路、7…第2の電流検出回路、8…基準電流
源回路。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st input stage differential amplifier circuit, 2 ... 1st input stage differential amplifier circuit, 3 ... 1st current mirror circuit, 4 ... 2nd current mirror circuit, 5 ... Complementary type output circuit, 6 ... 1 current detection circuit, 7 ... 2nd current detection circuit, 8 ... reference current source circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/687 9184−5K H03K 17/687 F 19/0948 19/094 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location H03K 17/687 9184-5K H03K 17/687 F 19/0948 19/094 B
Claims (2)
とpチャネルの第1のカレントミラー回路による能動負
荷を有する第1の入力段差動増幅回路と、 pチャネルの差動MOSトランジスタ対とnチャネルの
第2のカレントミラー回路による能動負荷を有する、前
記第1の入力段差動増幅回路と並列接続された第2の入
力段差動増幅回路と、 前記第1の入力段差動増幅回路の出力によりゲートが制
御され、ドレインが信号出力端に接続されたpチャネル
の出力段MOSトランジスタ及び前記第2の入力段差動
増幅回路の出力によりゲートが制御され、ドレインが前
記信号出力端に接続されたnチャネルの出力段MOSト
ランジスタを有する相補型出力回路と、 前記pチャネルの出力段MOSトランジスタと同じゲー
ト・ソース間バイアスが与えられるpチャネルの電流検
出用MOSトランジスタを用いて前記pチャネルの出力
段MOSトランジスタの電流に比例する検出電流を得る
第1の電流検出回路と、 前記nチャネルの出力段MOSトランジスタと同じゲー
ト・ソース間バイアスが与えられるnチャネルの電流検
出用MOSトランジスタを用いて前記nチャネルの出力
段MOSトランジスタの電流に比例する検出電流を得る
第2の電流検出回路と、 前記第1,第2の電流検出回路の出力によりそれぞれ制
御される電流源MOSトランジスタを有し、前記第1,
第2のカレントミラー回路の共通基準電流として前記第
1,第2の電流検出回路による検出電流の和に比例する
基準電流を得る基準電流源回路とを有することを特徴と
する演算増幅回路。1. A first input stage differential amplifier circuit having an active load by an n-channel differential MOS transistor pair and a p-channel first current mirror circuit, a p-channel differential MOS transistor pair and an n-channel differential MOS transistor pair. A second input stage differential amplifier circuit, which has an active load by a second current mirror circuit, is connected in parallel with the first input stage differential amplifier circuit, and a gate is formed by an output of the first input stage differential amplifier circuit. An n-channel gate whose gate is controlled by a p-channel output stage MOS transistor whose drain is controlled and whose drain is connected to the signal output end, and whose output is controlled by the output of the second input stage differential amplifier circuit A complementary output circuit having an output stage MOS transistor, and the same gate-source bias as the p-channel output stage MOS transistor A first current detection circuit for obtaining a detection current proportional to the current of the p-channel output stage MOS transistor by using a given p-channel current detection MOS transistor; and a gate having the same gate as the n-channel output stage MOS transistor. A second current detection circuit that obtains a detection current proportional to the current of the n-channel output stage MOS transistor by using an n-channel current detection MOS transistor to which a source-to-source bias is applied; and the first and second currents. A current source MOS transistor controlled by the output of the detection circuit,
An operational amplifier circuit comprising: a reference current source circuit that obtains a reference current that is proportional to the sum of the currents detected by the first and second current detection circuits as a common reference current of the second current mirror circuit.
ネルの電流検出用MOSトランジスタのチャネル幅とチ
ャネル長の比が前記pチャネルの出力段MOSトランジ
スタのチャネル幅とチャネル長の比の1/N(但し、N
>1)に設定されて、前記pチャネルの出力段MOSト
ランジスタのコレクタ電流の1/Nの検出電流を得るも
のであり、 前記第2の電流検出回路は、前記nチャネルの電流検出
用MOSトランジスタのチャネル幅とチャネル長の比が
前記nチャネルの出力段MOSトランジスタのチャネル
幅とチャネル長の比の1/Nに設定されて、前記nチャ
ネルの出力段MOSトランジスタのコレクタ電流の1/
Nの検出電流を得るものであることを特徴とする請求項
1記載の演算増幅回路。2. In the first current detection circuit, the ratio of the channel width and the channel length of the p-channel current detection MOS transistor is 1 of the ratio of the channel width and the channel length of the p-channel output stage MOS transistor. / N (however, N
> 1) to obtain a detection current of 1 / N of the collector current of the p-channel output stage MOS transistor, wherein the second current detection circuit is the n-channel current detection MOS transistor. Is set to 1 / N of the ratio of the channel width to the channel length of the n-channel output stage MOS transistor, and the ratio of 1 / N of the collector current of the n-channel output stage MOS transistor is set.
2. The operational amplifier circuit according to claim 1, wherein a detection current of N is obtained.
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