JP6510165B2 - Operational amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、オペアンプに係り、特に、差動増幅回路の動作を安定させるのに好適な差動増幅回路制御装置を含むオペアンプに関するものである。 The present invention relates to an operational amplifier , and more particularly to an operational amplifier including a differential amplification circuit controller suitable for stabilizing the operation of a differential amplification circuit.
差動増幅回路を含むオペアンプ及び電圧レギュレータにおける、出力信号の応答速度(過渡応答性)の低下、出力負荷変動に対する出力安定時間(出力セットリング時間)の長期化、並びに出力オーバーシュート及びアンダーシュートの発生といった問題の対策として、従来は、回路全体の電流、特に差動増幅回路の動作電流を増加させ、回路動作を早くさせることで対応していた。 In an operational amplifier and a voltage regulator including a differential amplification circuit, the response speed (transient response) of the output signal is reduced, the output settling time (output settling time) to output load fluctuation is prolonged, and the output overshoot and undershoot As a countermeasure against the problem of occurrence, conventionally, the current of the entire circuit, in particular, the operating current of the differential amplifier circuit has been increased to accelerate the circuit operation.
しかしながら、近年の社会における低消費電力化の要求に伴い、半導体集積回路であるオペアンプ、及び電圧レギュレータにおいても低消費電流化が要求されている。このような要求に対応して消費電流を低減させた場合には、オペアンプ自体の動作速度が遅くなり、出力信号の応答速度(過渡応答性)の低下、出力負荷変動に対する出力安定時間(出力セットリング時間)の長期化、及び出力オーバーシュート、アンダーシュートが大きくなるといった問題が生じる。 However, with the recent demand for lower power consumption in society, lower current consumption is also required for operational amplifiers and voltage regulators that are semiconductor integrated circuits. If the current consumption is reduced in response to such a requirement, the operating speed of the op amp itself becomes slower, the response speed of output signal (transient response) decreases, and the output settling time against output load fluctuation (output set) There is a problem that the ring time) is prolonged and the output overshoot and undershoot become large.
このように、消費電流を増加させる対応では、近年の低消費電力化に相反することとなり、これらを踏まえての低消費電流化は困難であった。 As described above, the countermeasure to increase the current consumption contradicts to the recent reduction in power consumption, and it is difficult to reduce the current consumption based on these.
特許文献1には、必要なときだけに定電圧回路の消費電流を増加させて応答特性を改善する技術が記載されている。特許文献1の技術では、誤差増幅回路を用いた定電圧回路において、出力電圧が上昇して分圧電圧が閾値を超えた場合、オペアンプのバイアス電流を増加させてオペアンプの動作速度を上げることにより、出力電圧の上昇をすばやく元の定格出力電圧に戻すことができる。 Patent Document 1 describes a technique for improving the response characteristic by increasing the current consumption of the constant voltage circuit only when necessary. In the technology of Patent Document 1, in the constant voltage circuit using the error amplification circuit, when the output voltage rises and the divided voltage exceeds the threshold, the bias current of the operational amplifier is increased to increase the operating speed of the operational amplifier. The rise in output voltage can be quickly returned to the original rated output voltage.
しかし、特許文献1の技術では、出力電圧のオーバーシュートに対応しているだけであり、定電圧回路の立ち上がり時間を短くすること、及び、負荷電流が突然増加したり入力電圧が突然低下したりした場合に発生する出力電圧のアンダーシュートには対応できていない。 However, the technology of Patent Document 1 only copes with the overshoot of the output voltage, shortening the rise time of the constant voltage circuit, and suddenly increasing the load current or decreasing the input voltage. Can not cope with the undershoot of the output voltage that occurs when
このような特許文献1の問題点を解決するための技術が下記特許文献2に記載されている。この特許文献2の技術では、誤差増幅回路を用いた定電圧回路において、出力端子と接地との間にコンデンサを設け、当該コンデンサと接地間に抵抗を設けると共に、コンデンサと抵抗との接続点にプラス端子が接続されて抵抗の接地側にマイナス端子が接続された第1のコンパレータ、及び、コンデンサと抵抗との接続点にマイナス端子が接続されて抵抗の接地側にプラス端子が接続された第2のコンパレータを設け、第1,第2のコンパレータの出力に応じて誤差増幅回路のバイアス電流を増減させる構成となっている。
A technique for solving such a problem of Patent Document 1 is described in
例えば、出力電圧が安定している状態において、電源電圧の上昇もしくは負荷電流の減少が発生して出力電圧が上昇してコンデンサに充電電流が流れると、第1のコンパレータの出力がハイレベルとなり、誤差増幅回路のバイアス電流を増加させ、短時間で元の定格出力電圧に戻し、また、電源電圧の低下もしくは負荷電流の増加が発生して出力電圧が下降してコンデンサの放電電流が流れると、第2のコンパレータの出力がハイレベルとなり、誤差増幅回路のバイアス電流を増加させ、短時間で元の定格出力電圧に戻すことができ、オーバーシュート、アンダーシュートを抑えることができる。 For example, when the output voltage is stable and the power supply voltage rises or the load current decreases to cause the output voltage to rise and charge current flows in the capacitor, the output of the first comparator becomes high level, If the bias current of the error amplification circuit is increased and returned to the original rated output voltage in a short time, or if the power supply voltage drops or the load current increases and the output voltage drops and the capacitor discharge current flows, The output of the second comparator becomes high level, the bias current of the error amplification circuit can be increased, and the original rated output voltage can be restored in a short time, and overshoot and undershoot can be suppressed.
しかしながら、上記特許文献2の技術は、コンデンサの充電電流及び放電電流に伴う抵抗の両端における電位差を第1,第2のコンパレータで検出する構成であり、電位差が微小であっても、第1,第2のコンパレータのいずれかの出力がハイレベルとなり、誤差増幅回路のバイアス電流が増加される状態が頻発して動作が安定しない。その結果、消費電力を安定的に抑えることができない。
However, the technique of
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電圧レギュレータ及びオペアンプにおける出力安定時の消費電流を増加させることなく、入力信号に対する出力信号の過度応答性、出力負荷変動に対する出力セットリング時間、及びオーバーシュート、アンダーシュートを安定的に改善することが可能な差動増幅回路制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and the transient response of the output signal to the input signal, the output to the output load fluctuation without increasing the consumption current at the time of output stabilization in the voltage regulator and the operational amplifier. It is an object of the present invention to provide a differential amplifier circuit control device capable of stably improving settling time, overshoot and undershoot.
上記目的を達成するため、本発明のオペアンプは、主差動増幅回路の外部信号を入力する一方の入力端子に非反転入力端子が接続され、前記主差動増幅回路の外部信号を入力する他方の入力端子に反転入力端子が接続されて、前記主差動増幅回路の出力電圧の低下に伴う入力差に応じた電圧を出力する第1の差動増幅回路を含む第1のコンパレータと、前記主差動増幅回路の前記一方の入力端子に反転入力端子が接続され、前記主差動増幅回路の前記他方の入力端子に非反転入力端子が接続されて、前記主差動増幅回路の出力電圧の上昇に伴う入力差に応じた電圧を出力する第2の差動増幅回路を含む第2のコンパレータと、前記第1のコンパレータ、または、前記第2のコンパレータの各々から出力された電圧に応じて前記主差動増幅回路の電流源トランジスタに流れる電流を増加させ、前記主差動増幅回路の動作速度を速くする高速機能部と、前記主差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、出力に対するオフセット電圧の調整回路と、前記第1の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、アンダーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路と、前記第2の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、オーバーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路と、を備えている。 To achieve the above object, the operational amplifier of the present invention, the non-inverting input terminal is connected to one input terminal for inputting an external signal of the main differential amplifier, the other for inputting an external signal of the main differential amplifier circuit A first comparator including a first differential amplifier circuit having an inverting input terminal connected to the input terminal of the first differential amplifier circuit and outputting a voltage according to an input difference caused by a decrease in output voltage of the main differential amplifier circuit; is connected to the inverting input terminal said to one input terminal of the main differential amplifier, the main differential non-inverting input terminal the other input terminal of the amplifier circuit is connected, the output of the main Sadozo width circuit According to a second comparator including a second differential amplifier circuit that outputs a voltage corresponding to an input difference accompanying a rise in voltage, and a voltage output from each of the first comparator and the second comparator the main differential amplifier circuit according Increasing the current flowing through the current source transistor, and high-speed function unit to increase the operating speed of the main differential amplifier circuit, the resistance value by trimming a load of both of the main differential amplifier circuit is adjustable, the output and adjustment circuit of the offset voltage with respect to said first differential amplifier circuit resistance by trimming a both load adjustable in an adjustment circuit of the offset voltage for the undershoot detection, said second differential amplifier An offset voltage adjustment circuit for overshoot detection, which is both loads of the circuit and whose resistance value can be adjusted by trimming.
本発明によれば、第1の差動増幅回路を含む第1のコンパレータは、主差動増幅回路の外部信号を入力する一方の入力端子に非反転入力端子が接続され、前記主差動増幅回路の外部信号を入力する他方の入力端子に反転入力端子が接続されて、前記主差動増幅回路の出力電圧の低下に伴う入力差に応じた電圧を出力し、第2の差動増幅回路を含む第2のコンパレータは、前記差動増幅回路の前記一方の入力端子に反転入力端子が接続され、前記主差動増幅回路の前記他方の入力端子に非反転入力端子が接続されて、前記主差動増幅回路の出力電圧の上昇に伴う入力差に応じた電圧を出力し、高速機能部は、前記第1のコンパレータ、または、前記第2のコンパレータの各々から出力された電圧に応じて前記主差動増幅回路の電流源トランジスタに流れる電流を増加させ、前記主差動増幅回路の動作速度を速くするので、オペアンプにおける出力安定時の消費電流を増加させることなく、入力信号に対する出力信号の過度応答性、出力負荷変動に対する出力セットリング時間、及びオーバーシュート、アンダーシュートを安定的に改善することが可能である。
また、出力に対するオフセット電圧の調整回路は、前記主差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能であり、アンダーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路は、前記第1の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能であり、オーバーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路は、前記第2の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能であるので、各々のオフセット調整は、独立して行うことができる。
According to the present invention, the first comparator comprising a first differential amplifier circuit has a non-inverting input terminal is connected to one input terminal for inputting an external signal of the main differential amplifier, the main differential amplifier An inverting input terminal is connected to the other input terminal for inputting an external signal of the circuit, and a voltage corresponding to an input difference accompanying a drop in the output voltage of the main differential amplifier circuit is output, and a second differential amplifier circuit In the second comparator, the inverting input terminal is connected to the one input terminal of the differential amplifier circuit, and the non-inverting input terminal is connected to the other input terminal of the main differential amplifier circuit, The high speed functional unit outputs a voltage according to the voltage output from each of the first comparator and the second comparator according to the input difference according to the increase in the output voltage of the main differential amplifier circuit. current source transistor of the main differential amplifier circuit Increasing the current flowing in, so to increase the operating speed of the main differential amplifier circuit, without increasing the current consumption during the stable output at op amp, transient response of the output signal to the input signal, to the output load change It is possible to stably improve the output settling time, and overshoot and undershoot.
Further, the adjustment circuit of the offset voltage to the output is the load of both of the main differential amplifier circuits, the resistance value can be adjusted by trimming, and the adjustment circuit of the offset voltage to undershoot detection is the first difference a possible resistance adjusting a both load dynamic amplifier circuit by trimming adjustment circuit of the offset voltage for the overshoot detection resistance value by both a load trimming of the second differential amplifier circuit Can be adjusted so that each offset adjustment can be done independently.
以下、図を用いて本発明に係る実施の形態について説明する。まず、図3を用いて、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けた電圧レギュレータとの比較に用いる電圧レギュレータについて説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described using the drawings. First, a voltage regulator used for comparison with a voltage regulator provided with a differential amplifier circuit control device according to the present invention will be described with reference to FIG.
図3における電圧レギュレータ300は、差動増幅回路10、基準電圧回路(「VREF」とも記載する)11、ドライバトランジスタPH1を備えた出力回路12、及び分圧回路13を備えている。
The
差動増幅回路10は、バイアス発生回路(「BIAS」とも記載する)14、差動段のNMOSトランジスタNH1,NH2,NH3,PMOSトランジスタPH2,PH7、出力段のPMOSトランジスタPH3,PH8,NMOSトランジスタNH5等を備えている。なお、MOSトランジスタはMOSFETとする。
The
図4に基準電圧回路11の構成例を示す。基準電圧回路11において、抵抗R41は、一定の電流を供給する定電流源を構成している。また、NMOSトランジスタNH41は、ダイオード接続されているので一定電流を流すと両端には一定の電圧が発生し、定電圧源として作用する。基準電圧回路11で発生した一定の電圧が差動増幅回路10の非反転入力端子に正入力VRとして入力される。
A configuration example of the
図5にバイアス発生回路14の構成例を示す。PMOSトランジスタPH51,PH52とNMOSトランジスタNH51,NH52は、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。カレントミラー回路は、飽和領域で動作し、ドレイン・ソース間電圧の変化に対しては感度が低いので、より電源電圧に依存しにくい定電圧源・定電流源として作用する。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the
また、バイアス発生回路14のNMOSトランジスタNH52と図3の差動増幅回路10における差動段のNMOSトランジスタNH3とが、カレントミラー回路を構成しているので、差動段のNMOSトランジスタNH3に、バイアス発生回路14のNMOSトランジスタNH52に流れる電流と同等な一定の電流を流すことができる。
Further, since the NMOS transistor NH52 of the
図3の差動増幅回路10は負帰還増幅回路を構成しており、その出力は、出力回路12のドライバトランジスタPH1及び分圧回路13を通り、再び、差動増幅回路10の反転入力端子に負入力FBとして入力される。負帰還増幅回路では、非反転入力端子と反転入力端子は仮想接地となり、非反転入力端子の正入力VRと反転入力端子の負入力FBは、同じ電位となるように作用する。
The
このように、差動増幅回路10では、基準電圧回路11の基準電圧(正入力VR)の電圧が、負入力FBの電圧となるように作用するので、電圧レギュレータ300の出力VOUTとして、分圧回路13の分圧比の逆数倍「(R1+R2)/R1」された電圧が発生する。
As described above, in the
例えば、基準電圧回路11の基準電圧(正入力VR)の電圧が「0.933V」の場合、本電圧レギュレータ300では、「0.933V ×(933Ω+267Ω)/933Ω=1.2V」となり1.2Vの電圧を供給することができる。
For example, when the voltage of the reference voltage (positive input VR) of the
出力回路12のドライバトランジスタPH1は、大きな駆動能力を持つよう、十分に大きなサイズのトランジスタとなっており、本電圧レギュレータ300では、0mA〜150mAの負荷電流でも安定して1.2Vの電圧を供給することができる回路である。
The driver transistor PH1 of the
しかしながら、図6のタイムチャートを示すように、本電圧レギュレータ300では、動作時に負荷電流が急激に変化した場合にはレギュレータ出力に大きなオーバーシュート及びアンダーシュートが発生する。
However, as shown in the time chart of FIG. 6, in the
負荷電流は、レギュレータ出力を電源電圧とする回路の動作率により変動するので、負荷電流の変化はやむ得ないことであり、例えばCPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital signal Processing)など、大電流を必要する負荷側の回路が、オン・オフするときは、特に急激な変化が生じる。 Since the load current fluctuates according to the operation rate of the circuit using the regulator output as the power supply voltage, a change in the load current is unavoidable. For example, a large current such as a CPU (Central Processing Unit) or DSP (Digital signal Processing) When the circuit on the side of the load that requires the signal turns on and off, a particularly rapid change occurs.
レギュレータ出力のオーバーシュート及びアンダーシュートは、レギュレータ出力を電源電圧とする回路の誤動作の要因となるため、レギュレータ出力が安定するまで、演算結果を無効化するなどの処理・待機が必要となり、回路の複雑化、無駄な待機時間の発生という問題点があった。 Overshoot and undershoot of the regulator output cause a malfunction of the circuit that uses the regulator output as the power supply voltage, so it is necessary to perform processing / waiting such as invalidating the operation result until the regulator output becomes stable. There has been a problem of increased complexity and unnecessary waiting time.
また、オーバーシュート及びアンダーシュートは電圧レギュレータの消費電流を増加させれば改善させることが可能であるが、近年の省電力化とは相反する。 Further, overshoot and undershoot can be improved by increasing the current consumption of the voltage regulator, but this is contrary to recent power saving.
例えば、特開2003−8369号公報に開示されているアイドリング電流を低減した差動増幅回路(多入力差動増幅回路)を用いて、アンダーシュートを低減した電源レギュレータが実現されている。 For example, a power supply regulator with reduced undershoot is realized by using a differential amplifier circuit (multi-input differential amplifier circuit) with reduced idling current disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-8369.
図7において、このようなアンダーシュートを低減した電圧レギュレータ700の構成を示す。PMOSトランジスタPH6、及びNMOSトランジスタNH4を備えたインバータ20を追加し、差動増幅回路の差動段に一つの負入力を増やした多入力差動増幅回路としている。
FIG. 7 shows the configuration of
また、追加した負入力(インバータ20)の出力を入力とする電流変換回路21(PMOSトランジスタPH10)を追加し、PMOSトランジスタPH10のソースはVDD電源に接続され、ドレインは差動増幅回路の差動段の電流源トランジスタNH3のゲートに接続される。 In addition, a current conversion circuit 21 (PMOS transistor PH10) to which the output of the added negative input (inverter 20) is input is added, the source of the PMOS transistor PH10 is connected to the VDD power supply, and the drain is a differential amplifier circuit It is connected to the gate of the stage current source transistor NH3.
このような構成において、例えば、負荷電流が急激に増加した場合、ドライバトランジスタPH1に流れる電流が急激に増加することになるが、ドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧が、その電流量に応じた電圧になるまでは、レギュレータ出力VOUTに電圧降下が生じる。また、差動増幅回路の負入力FBも、分圧回路(R1,R2)で分圧された分、同様に電位が低下する。 In such a configuration, for example, when the load current rapidly increases, the current flowing through driver transistor PH1 rapidly increases, but the gate-source voltage of driver transistor PH1 corresponds to the amount of the current. A voltage drop occurs at the regulator output VOUT until it reaches a voltage. In addition, the potential of the negative input FB of the differential amplifier circuit is similarly lowered because the voltage is divided by the voltage dividing circuit (R1, R2).
この結果、差動増幅回路に入力差|VR−FB|が発生し、増幅された電圧が、追加した電流変換回路21(PMOSトランジスタPH10)の駆動電流を増加させ、差動増幅回路の差動段の電流源NH3の供給電流を大きくする。 As a result, an input difference | VR−FB | occurs in the differential amplifier circuit, and the amplified voltage increases the drive current of the added current conversion circuit 21 (PMOS transistor PH10), and the differential of the differential amplifier circuit Increase the supply current of the stage current source NH3.
これにより、差動増幅回路は一次的に動作速度が速くなり、より速くドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧を負荷電流に応じた電圧にすることにより、アンダーシュートを低減し、負荷電流の変動の無いアイドリング時に低消費電流となり、近年の省電力化に適している。 As a result, the differential amplifier circuit operates at a primary speed, and the undershoot is reduced by changing the gate-source voltage of the driver transistor PH1 faster to a voltage corresponding to the load current, thereby reducing the load current fluctuation. It has low current consumption at the time of no idling and is suitable for power saving in recent years.
しかしながら、このようにしてアンダーシュートを低減した電圧レギュレータ700では、負荷電流が急激に減少した場合、ドライバトランジスタPH1に流れる電流が急激に減少することになるが、ドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧が、その電流量に応じた電圧になるまでは、レギュレータ出力VOUTに電圧上昇が生じる。それに応じて、差動増幅回路の負入力FBも、分圧回路で分圧された分、同様に電位が上昇する。
However, in the
このようにして差動増幅回路に入力差|VR−FB|が発生し、増幅された電圧は、追加した電流変換回路21(PMOSトランジスタPH10)の駆動電流を増加させる方向ではないため、差動増幅回路の動作速度を速くすることはできず、オーバーシュートを低減することができないという問題点があった。 In this manner, an input difference | VR−FB | occurs in the differential amplifier circuit, and the amplified voltage does not increase the drive current of the added current conversion circuit 21 (PMOS transistor PH10). There is a problem that the operating speed of the amplifier circuit can not be increased and overshoot can not be reduced.
図8は、このようにアンダーシュートを低減した電圧レギュレータ700の動作例を示すタイムチャートであり、アンダーシュートは発生していないが、オーバーシュートが発生している。
FIG. 8 is a time chart showing an operation example of the
このような問題を解決するための本発明に係る差動増幅回路制御装置の第1の実施形態を、以下、説明する。 Hereinafter, a first embodiment of a differential amplifier circuit controller according to the present invention for solving such a problem will be described.
第1の実施形態として、図1を用いて、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けた電圧レギュレータについて説明する。 As a first embodiment, a voltage regulator provided with a differential amplifier circuit controller according to the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けた電圧レギュレータの構成例を示しており、本実施形態の電圧レギュレータ100は、図3で示した電圧レギュレータ300に、本発明に係る差動増幅回路制御装置15を追加したものであり、差動増幅回路制御装置15は、本発明に係る第1のコンパレータとしてのコンパレータ30、本発明に係る第2のコンパレータとしてのコンパレータ31、及び、電圧レギュレータ300に備えられた差動増幅回路10の動作を高速化する本発明に係る高速機能部としての高速化機能回路32とを備えている。
FIG. 1 shows a configuration example of a voltage regulator provided with a differential amplifier circuit control device according to the present invention, and the
コンパレータ30は、差動段のNMOSトランジスタNH14,15,16、PMOSトランジスタPH16,17を備え、図3の電圧レギュレータ300における基準電圧回路11の出力VRが正入力として非反転入力端子に入力されるよう接続され、分圧回路13の出力FBが負入力として反転入力端子に入力されるように接続されている。
The
また、コンパレータ31は、差動段のNMOSトランジスタNH5,6,7、PMOSトランジスタPH11,12を備え、コンパレータ30とは反対に、分圧回路13の出力FBが正入力として非反転入力端子に入力されるよう接続され、基準電圧回路11の出力VRが負入力として反転入力端子に入力されるよう接続されている。
In addition, the
高速化機能回路32は、コンパレータ30,31のそれぞれの出力を入力とするPMOSトランジスタPH18,PH6を備えており、PMOSトランジスタPH18,PH6のソース、ドレインはそれぞれ、VDD電源、差動増幅回路10の差動段の電流源NH3のゲートに接続されている。
The speed-
このような構成により、本実施の形態の電圧レギュレータ100において、コンパレータ30は、差動増幅回路10の一方の入力端子に非反転入力端子が接続され、差動増幅回路10の出力が帰還される他方の入力端子に反転入力端子が接続されて、差動増幅回路10の出力電圧の低下に伴う入力差に応じた電圧を出力し、コンパレータ31は、差動増幅回路10の一方の入力端子に反転入力端子が接続され、差動増幅回路10の出力が帰還される他方の入力端子に非反転入力端子が接続されて、差動増幅回路10の出力電圧の上昇に伴う入力差に応じた電圧を出力する。
With such a configuration, in the
そして、高速化機能回路32は、コンパレータ30,31から出力された電圧に応じて差動増幅回路10の電流源トランジスタNH3のゲート電流を増加させ、差動増幅回路10の動作速度を速くする。
Then, the speed-
より詳細には、コンパレータ30は、電圧レギュレータ100の出力回路13から出力され、分圧回路13により分圧された出力電圧FBを負入力とし、入力側の電圧として基準電圧回路11から出力された出力電圧VRを正入力として入力差を増幅した電圧を出力し、コンパレータ31は、電圧レギュレータ100の出力回路13から出力され、分圧回路13により分圧された出力電圧FBを正入力とし、入力側の電圧として基準電圧回路11から出力された出力電圧VRを負入力として入力差を増幅した電圧を出力する。
More specifically, the
そして、高速化機能回路32は、ゲートがコンパレータ30の出力に、ソースが正電源Vddに、及びドレインが差動増幅回路10の電流源トランジスタであるNMOSトランジスタNH3のゲートに接続された本発明に係る第1のトランジスタとしてのPMOSトランジスタPH18と、ゲートがコンパレータ31の出力に、ソースが正電源Vddに、及びドレインがNMOSトランジスタNH3のゲートに接続された第2のトランジスタとしてのPMOSトランジスタPH6とを有し、電圧レギュレータ100における差動増幅回路10の出力電圧の低下に伴いコンパレータ30から出力された電圧によりPMOSトランジスタPH18の駆動電流を増加させ、また、電圧レギュレータ100における差動増幅回路10の出力電圧の上昇に伴いコンパレータ31から出力された電圧によりPMOSトランジスタPH6の駆動電流を増加させることで、NMOSトランジスタNH3の供給電流を大きくして差動増幅回路10の動作速度を速くする。
In the present invention, the gate is connected to the output of the
以下、このような図1に示す電圧レギュレータ100の動作に関して、具体的に説明する。
Hereinafter, the operation of the
負荷電流が急激に増加した場合、出力回路12におけるドライバトランジスタPH1に流れる電流が急激に増加することになるが、ドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧が、増加した電流量に応じた電圧になるまでは、レギュレータ出力VOUTに電圧降下が生じる。また、差動増幅回路10の負入力FBも、分圧回路13で分圧された分、同様に電位が低下する。
When the load current rapidly increases, the current flowing to driver transistor PH1 in
この状態ではコンパレータ30に入力差|VR−FB|が発生し、コンパレータ30で増幅された電圧が、高速化機能回路32のPMOSトランジスタPH18の駆動電流を増加させ、差動増幅回路10の差動段の電流源であるNMOSトランジスタNH3のゲート電位を引き上げることから、電流源としてのNMOSトランジスタNH3の供給電流が大きくなる。
In this state, the input difference | VR−FB | is generated in the
その結果、差動増幅回路10は、一次的に動作速度が速くなり、より速くドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧を負荷電流に応じた電圧にすることができ、アンダーシュートを低減することができる。
As a result, the
同様に負荷電流が急激に減少した場合、出力回路12におけるドライバトランジスタPH1に流れる電流が急激に減少することになるが、ドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧が、その電流量に応じた電圧になるまでは、レギュレータ出力VOUTに電圧上昇が生じる。また、差動増幅回路10の負入力FBも、分圧回路13で分圧された分、同様に電位が上昇する。
Similarly, when the load current sharply decreases, the current flowing to driver transistor PH1 in
この状態ではコンパレータ31に入力差|VR−FB|が発生し、コンパレータ31で増幅された電圧が、高速化機能回路32のPMOSトランジスタPH6の駆動電流を増加させ、差動増幅回路10の差動段の電流源であるNMOSトランジスタNH3のゲート電位を引き上げることから、電流源としてのNMOSトランジスタNH3の供給電流が大きくなる。
In this state, an input difference | VR−FB | is generated in the
その結果、差動増幅回路10は、一次的に動作速度が速くなり、より速くドライバトランジスタPH1のゲート・ソース間電圧を負荷電流に応じた電圧にすることができ、オーバーシュートを低減することができる。
As a result, the
なお、高速化機能回路32のNMOSトランジスタNH10は、PMOSトランジスタPH18,PH6がスイッチングしたときにバイアス電圧VBが過度に変動してしまうのを抑えるためのものである。差動増幅回路10のバイアス回路14の構成等によれば、付加した方がよい場合がある。
The NMOS transistor NH10 of the speed-
図1の例では、高速機能回路32の、PMOSトランジスタPH18及びPMOSトランジスタPH6のドレインと負電源Vssとの間に、ソースが負電源Vssに接続され、ドレイン及びゲートがPMOSトランジスタPH18,6のドレインと電流源としてのNMOSトランジスタNH3のゲートに接続されたNMOSトランジスタNH10を備えている。
In the example of FIG. 1, the source is connected to the negative power supply Vss between the drain of the PMOS transistor PH18 and the PMOS transistor PH6 and the negative power supply Vss of the high speed
本第1の実施形態の電圧レギュレータ100では、分圧された電圧FBが基準電圧VR以上または以下となった場合にのみ、差動増幅回路10の差動段の電流源であるNMOSトランジスタNH3のゲート電位を引き上げて、差動増幅回路10の動作を一次的に速くしている。
In the
これにより、前述した特許文献2の問題点(電位差が微小であっても、第1,第2のコンパレータのいずれかの出力がハイレベルとなり、誤差増幅回路のバイアス電流が増加される状態が頻発して動作が安定しないといった)を回避でき、消費電力の低減、及び、オーバーシュート及びアンダーシュートの低減を安定的に行うことができる。
As a result, the problem of
以上のように、第1の実施形態によれば、負荷電流が急激に変化した場合のレギュレータ出力のオーバーシュート、及びアンダーシュートを安定して低減する効果が得られる。また、負荷電流の変動の無いアイドリング時には低消費電流であり、近年の省電力化に適している。 As described above, according to the first embodiment, the effect of stably reducing the overshoot and the undershoot of the regulator output when the load current changes rapidly can be obtained. In addition, at the time of idling where there is no change in load current, current consumption is low, which is suitable for power saving in recent years.
図2のタイムチャートでは第1の実施形態の電圧レギュレータ100の動作を示している。本発明に係る作動増幅回路制御装置を備えた電圧レギュレータ100においては、アンダーシュート、オーバーシュートのいずれも抑えられていることが示されている。
The time chart of FIG. 2 shows the operation of the
次に、第2の実施形態として、差動増幅回路において重要なパラメータであるオフセット電圧の調整機能を設けた構成について説明する。 Next, as a second embodiment, a configuration provided with an adjustment function of offset voltage which is an important parameter in the differential amplifier circuit will be described.
差動増幅回路では、オフセット電圧の調整機能を行う必要があり、オフセット電圧の調整は、一般的にフューズを使ったレーザートリミング技術が用いられる。 In a differential amplifier circuit, it is necessary to perform an offset voltage adjustment function, and the offset voltage adjustment generally uses a laser trimming technique using a fuse.
図7で示したアンダーシュートを低減した電源レギュレータにおいて、レギュレータ出力のオフセット調整とアンダーシュートを検知するオフセット調整を行う回路を図9に示す。 FIG. 9 shows a circuit for performing offset adjustment of the regulator output and offset adjustment for detecting undershoot, in the power supply regulator with reduced undershoot shown in FIG.
図9に示す電源レギュレータ900において、差動増幅回路のPMOSトランジスタPH7のソースに接続されているアンダーシュートを検知するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路におけるフューズを切断すると、レギュレータ出力VOUTに影響を及ぼす。
In the
従って、レギュレータ出力のオフセット調整は、アンダーシュートを検知する回路のオフセット調整を考慮する必要がある。また、LSIの製造工程では、アンダーシュートの検知テスト工程・アンダーシュートを検知するオフセット調整回路のレーザートリミング工程と、レギュレータ出力のテスト工程・レギュレータ出力のオフセット調整回路のレーザートリミング工程が必要であり、レーザートリミング工程を2回に分ける必要が生じる。 Therefore, the offset adjustment of the regulator output needs to take into account the offset adjustment of the circuit that detects undershoot. In addition, in the LSI manufacturing process, the undershoot detection test process, the laser trimming process of the offset adjustment circuit that detects the undershoot, the test process of the regulator output, and the laser trimming process of the offset adjustment circuit of the regulator output are required. It is necessary to divide the laser trimming process into two.
あるいは、工程を増やさないためには、オフセット調整の正確さを妥協する必要が生じ、レギュレータ仕様のスペックダウン、または、歩留りの低下を余儀なくされる。 Alternatively, in order not to increase the number of processes, it may be necessary to compromise the accuracy of the offset adjustment, which may lead to a spec down of the regulator specification or a drop in yield.
このような問題に対応するために、本第2の実施形態の電源レギュレータにおいては、図10に示す電源レギュレータ1000のように、差動増幅回路10の出力回路13に、出力に対するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路111を設け、コンパレータ30に、アンダーシュート検知に対するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路112,113を設け、コンパレータ31に、オーバーシュート検知に対するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路114,115を設けている。
In order to cope with such a problem, in the power supply regulator of the second embodiment, the offset voltage with respect to the output is adjusted in the
図11においては、コンパレータ30及びコンパレータ31に設ける、オーバーシュート検知及びアンダーシュート検知に対するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路の構成例を示し、図12においては、差動増幅回路10に設ける、出力に対するオフセット電圧を調整するためのオフセット電圧調整用回路の構成を示している。
FIG. 11 shows an example of the configuration of an offset voltage adjustment circuit for adjusting the offset voltage for overshoot detection and undershoot detection, provided in the
図11に示すオーバーシュート/アンダーシュート検知のオフセット電圧の調整回路は、抵抗とレーザートリミング用のフューズで構成される。差動段のPMOSトランジスタに流れる電流が抵抗に流れることになるので、数十MVステップで電位が変化するように抵抗値を決定すればよい。 The offset voltage adjustment circuit for overshoot / undershoot detection shown in FIG. 11 is composed of a resistor and a fuse for laser trimming. Since the current flowing to the PMOS transistor of the differential stage flows to the resistor, the resistance value may be determined so that the potential changes in several tens of MV steps.
図12に示すレギュレータ出力のオフセット電圧の調整回路は、分圧回路の抵抗部に盛り込み、分圧回路の出力FBが数十MVステップで電位が変化するように抵抗値を決定すればよい。 The adjustment circuit of the offset voltage of the regulator output shown in FIG. 12 may be incorporated in the resistor portion of the voltage dividing circuit, and the resistance value may be determined so that the output FB of the voltage dividing circuit changes in several tens of MV steps.
図10に示す電圧レギュレータ1000では、オーバーシュート及びアンダーシュートを検知する各々のオフセット調整回路を調整するためにどのフューズを切断しても、レギュレータ出力に影響することはなく、各々のオフセット調整(レギュレータ出力のオフセット調整とアンダーシュートを検知するオフセット調整、オーバーシュートを検知するオフセット調整)は、独立して行うことができる。
In the
従って、各々のオフセット調整を容易に実施することができ、また、LSIの製造工程は、オーバーシュート・アンダーシュートの検知テスト工程/レギュレータ出力のテスト工程・オーバーシュート・アンダーシュートを検知するオフセット調整回路のレーザートリミング工程/レギュレータ出力のオフセット調整回路のレーザートリミング工程とレーザートリミング工程を今まで通り、ひとまとめで実施することができる。 Therefore, each offset adjustment can be easily implemented, and the LSI manufacturing process is an offset adjustment circuit that detects overshoot / undershoot detection test process / regulator output test process / overshoot / undershoot. The laser trimming process and the laser trimming process and the laser trimming process of the offset adjustment circuit of the regulator output can be performed collectively as before.
一般的には、テスト工程とレーザートリミング工程では、処理する装置がLSIテスター、レーザートリマーと異なり、製造するLSIウェハを装置にセットする必要があり、テスト工程・レーザートリミング工程・テスト工程・レーザートリミング工程を繰り返すと工数が大きく増加する。 Generally, in the test process and the laser trimming process, the processing apparatus is different from the LSI tester and the laser trimmer, and it is necessary to set the LSI wafer to be manufactured in the apparatus. Test process, laser trimming process, test process, laser trimming When the process is repeated, the number of steps is greatly increased.
第2の実施形態の電圧レギュレータ1000では、レギュレータ出力のオフセット調整と、アンダーシュートを検知するオフセット調整及びオーバーシュートを検知するオフセット調整とが、独立して行うことができるため、製造工程に掛かる工数の増加を抑え、また、各々のオフセット調整を容易に実施することができる。
In the
なお、このような技術は、負荷電流の変化時にレギュレータ出力電圧のオーバーシュート、アンダーシュートを低減及び低消費電流化をさせたい回路やLSI等に使用することができる。 Such a technology can be used for circuits, LSIs, etc. that are desired to reduce overshoot and undershoot of the regulator output voltage and to reduce current consumption when the load current changes.
次に、第3の実施形態として、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプについて説明する。 Next, as a third embodiment, an operational amplifier provided with a differential amplifier circuit control device according to the present invention will be described.
まず、図13及び図14を用いて、従来のオペアンプについて説明する。 First, a conventional operational amplifier will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
図13に示すオペアンプは、従来のPch入力差動増幅回路とNch入力差動増幅回路で構成されたA級増幅オペアンプ(以下、A級PN入力アンプともいう)1300である。以下、図13の記載を含め、Pch入力差動増幅回路及びNch入力差動増幅回路をPch入力差動回路、Nch入力差動回路ともいう。 The operational amplifier shown in FIG. 13 is a class A amplification operational amplifier (hereinafter also referred to as a class A PN input amplifier) 1300 configured of a conventional Pch input differential amplifier circuit and an Nch input differential amplifier circuit. Hereinafter, the Pch input differential amplifier circuit and the Nch input differential amplifier circuit including the description of FIG. 13 are also referred to as a Pch input differential circuit and an Nch input differential circuit.
なお、A級増幅PN入力オペアンプは、入力と出力の関係が直線的(比例関係)になるようにしたもので、B級,C級と比べて最も歪みが少ない出力が得られる。しかしながら、一定のバイアス電流が常時流れているので消費電力が大きく、入力信号が無い時でも増幅素子には直流電流がながれるため電力を消費する。ちなみに、B級差動増幅回路は、交流の入力のうち片側(正)の極性のみが増幅されるようにバイアスを与える方式であり、C級差動増幅回路は、バイアスを遮断値よりも素子がオフになる側にかけて、入力信号の電圧が十分に高い場合にのみ出力電圧が得られるようにした方式である。 The class A amplification PN input operational amplifier is designed to have a linear relationship (proportional relationship) between the input and the output, and an output with the least distortion compared to class B and class C can be obtained. However, since a constant bias current always flows, power consumption is large, and even when there is no input signal, a direct current flows through the amplification element, which consumes power. By the way, the class B differential amplification circuit is a method of giving a bias so that only one polarity (positive) of the AC input is amplified, and the class C differential amplification circuit has a bias more than a cutoff value. In this method, the output voltage can be obtained only when the voltage of the input signal is sufficiently high, to the side where the signal is turned off.
A級PN入力アンプ1300は、バイアス電流源回路1301とメインアンプ部1302とを備え、メインアンプ部1302は、Nch入力差動増幅回路1303、Pch入力差動増幅回路1304、及び出力回路1305を備えている。
The class A
Pch入力差動増幅回路1304により、出力回路1305のNch出力MOSトランジスタN5を制御し、Nch入力差動増幅回路1303により、出力回路1305のPch出力MOSトランジスタP5を制御している。
The Pch input
バイアス電流回路1301については多種多様な既存の回路が適応可能であり、理想電流源を用いて簡略化した回路としている。
A wide variety of existing circuits can be applied to the bias
図14に示すオペアンプは、従来のPch入力差動増幅回路で構成されたA級増幅オペアンプ(以下、A級P入力アンプともいう)1400である。 The operational amplifier shown in FIG. 14 is a class A amplification operational amplifier (hereinafter, also referred to as a class A P input amplifier) 1400 configured by a conventional Pch input differential amplifier circuit.
A級P入力アンプ1400は、バイアス電流源回路1401とメインアンプ部1402とを備え、メインアンプ部1402は、Pch入力差動増幅回路1404及び出力回路1405を備えている。
The class
Pch入力差動増幅回路1404により、出力回路1405のNch出力MOSトランジスタN5を制御しており、出力回路1405のPch出力MOSトランジスタP5は、ゲート電圧をバイアス電流源回路1401から供給され、定電流源として機能している。
The Nch output MOS transistor N5 of the
従来のオペアンプにおいては、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間、オーバーシュート及びアンダーシュートを改善させるためには、消費電流を増加させることにより特性を改善させていた。 In the conventional operational amplifier, in order to improve the transient response of the output signal to the input signal and the output settling time, overshoot and undershoot to the output load fluctuation, the characteristic is improved by increasing the consumption current .
しかしながら、近年社会の低消費電力化するに伴い、電圧レギュレータと同様に、オペアンプに関しても低消費電流化の傾向に向かいつつある。 However, with the recent trend toward lower power consumption in society, the trend toward lower current consumption has been increasing for operational amplifiers as well as voltage regulators.
例えば、電流を低減させるということはオペアンプ自体の動作速度が遅くなることであり、その結果、出力信号の応答速度の低下や出力負荷変動に対する出力安定時間(出力セットリング時間)がかかる。また、出力オーバーシュート、アンダーシュートが大きくなるといった問題が生じる。この対策としては、前述のように、回路全体の電流、特に差動増幅回路の電流を増加させ、回路動作を早くさせることで対応していた。 For example, reducing the current means that the operating speed of the operational amplifier itself is slowed, and as a result, the response speed of the output signal decreases and the output settling time (output settling time) against output load fluctuation is required. In addition, problems such as an increase in output overshoot and undershoot occur. As described above, this countermeasure is dealt with by increasing the current of the entire circuit, particularly the current of the differential amplifier circuit, to accelerate the circuit operation.
このように、駆動電流を増加させることは消費電流が増加する為、近年の低消費電力化に相反することとなり、これらを踏まえての低消費電流化は困難であった。 As described above, increasing the drive current contradicts with the recent reduction in power consumption because current consumption increases, and it is difficult to reduce the current consumption based on these.
このような問題に対応した本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプについて図15,16を用いて説明する。 An operational amplifier provided with a control apparatus for controlling a differential amplifier circuit according to the present invention corresponding to such a problem will be described with reference to FIGS.
図15においては、第3の実施形態として、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプの回路を示している。 In FIG. 15, as a third embodiment, a circuit of an operational amplifier provided with a differential amplifier circuit controller according to the present invention is shown.
図15に示すオペアンプは、Pch入力差動増幅回路とNch入力差動増幅回路で構成されたA級PN入力アンプ1500である。
The operational amplifier shown in FIG. 15 is a class A
A級PN入力アンプ1500は、バイアス電流源回路と本発明に係る高速機能部としてのバイアス電流増減回路1501aとを備えたバイアス電流源回路1501、本発明に係る差動増幅回路としてのメインアンプ部1502、本発明に係る第1のコンパレータとしてのハイサイド電流制御回路1510、及び、本発明に係る第2のコンパレータとしてのロウサイド電流制御回路1520を備えている。
A class A
メインアンプ部1502は、図13におけるA級PN入力アンプ1300と同様のものであり詳細な構成の説明は省略する。
The
このように、本A級PN入力アンプ1500は、図13に示すA級PN入力アンプ1300に、ハイサイド電流制御回路1510、ロウサイド電流制御回路1520、及び、バイアス電流源回路1501内のバイアス電流増減回路1501aを設けた構成となっている。
As described above, the class A
ハイサイド電流制御回路1510は、NchMOSトランジスタN16,N17からなるNch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部1502のハイレベル(H)の出力レベル(以下、ハイサイドともいう)を制御する。ロウサイド電流制御回路1520は、PchMOSトランジスタP16,P17からなるPch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部1502のロウレベル(L)の出力レベル(以下、ロウサイドともいう)を制御する。バイアス電流源回路1501は、バイアス電流増減回路1501aにより、ハイサイド電流制御回路1510とロウサイド電流制御回路1520からの出力に応じて、バイアス電流源回路1501から出力されるバイアス電流を増加させる。
The high side
ハイサイド電流制御回路1510のNch入力差動増幅回路の入力端子、及びロウサイド電流制御回路1520のPch入力差動増幅回路の入力端子は、各々、一方がメインアンプ部1502の差動増幅回路の反転入力端子に接続され、もう一方が非反転入力端子に接続されている。
The input terminal of the Nch input differential amplifier circuit of the high side
ハイサイド電流制御回路1510の出力はバイアス電流増減回路1501aのPchMOSトランジスタP6,P7のゲートとソースに接続されている。ロウサイド電流制御回路1520の出力は、バイアス電流源回路1501のNchMOSトランジスタN7及びバイアス電流増減回路1501aのNchMOSトランジスタN8のゲートとドレインに接続されている。
The output of the high side
また、A級PN入力アンプ1500においては、メインアンプ部1502、ハイサイド電流制御回路1510、及びロウサイド電流制御回路1520の各々に、図17に構成例が示されるオフセット電圧調整用回路1502a,1502b、1510a、1520aを設けている。
Further, in the class A
なお、A級PN入力アンプ1500においては、回路特性によって発生する出力発振対策の為に、メインアンプ部1502、ハイサイド電流制御回路1510、及びロウサイド電流制御回路1520の各々に、その特性・仕様に応じた位相補償回路を接続することでも良い。図18に示すA級PN入力アンプ1800は、図15に示すA級PN入力アンプ1500に、このような位相補償回路1802a,1802b、1810a、1820aを設けたものである。
In the class A
以下、図15のA級PN入力アンプ1500の動作について説明する。
The operation of the class A
一般的に、オペアンプ(差動増幅回路)では、反転入力端子(以下、「IN−」ともいう)と、非反転入力端子(以下、「IN+」ともいう)との間に電位差が無いように動作する、もしくは、接地電位を基準とすると両端子が同じ電圧になる様に動作する、所謂「バーチャルショート」の現象が見られる。 In general, in the operational amplifier (differential amplifier circuit), there is no potential difference between the inverting input terminal (hereinafter also referred to as "IN-") and the non-inverting input terminal (hereinafter also referred to as "IN +") The phenomenon of so-called "virtual short" is observed, which operates or operates so that both terminals have the same voltage with reference to the ground potential.
図15のA級PN入力アンプ1500の動作を如実に説明する為、測定回路として図19〜図21に示すボルテージフォロワ回路を使用する。
In order to clearly explain the operation of the class A
ボルテージフォロワ回路は、IN−とOUTを接続した反転増幅回路の一種であり、「増幅率=1倍」であることから、「IN+入力(ViN)」に対し「VOUT=ViN」の関係が成り立ち、「バーチャルショート」の現象が明確にわかる。 The voltage follower circuit is a type of inverting amplification circuit in which IN− and OUT are connected. Since “amplification factor = 1”, “VOUT = ViN” holds true for “IN + input (ViN)”. Clearly understand the phenomenon of "virtual short".
ここで、出力応答において、入力信号に対しハイサイド側の出力立ち上がりが遅れた場合、ハイサイド電流制御回路1510の差動増幅回路の「バーチャルショート」が成立しない為、ハイサイド電流制御回路1510は、バイアス電流増減回路1501aに、出力が「バーチャルショート」になるまで回路電流を増加させるように動作する。
Here, in the output response, when the output rise on the high side is delayed with respect to the input signal, the “virtual short” of the differential amplifier circuit of the high side
ロウサイドも同様で、入力信号に対しロウサイドの出力立ち下りが遅れた場合、今度はロウサイド電流制御回路1520の差動増幅回路の「バーチャルショート」が成立しない為、ロウサイド電流制御回路1520は、バイアス電流増減回路1501aに、出力が「バーチャルショート」になるまで回路電流を増加させるように動作する。
The low side
このような動作により、出力が「バーチャルショート」に到達すると、A級PN入力アンプ1500は安定状態となる、その結果、出力安定時には少ない電流で動作させることができる。
By such an operation, when the output reaches the “virtual short”, the class A
次に、A級PN入力アンプ1500の特性例を用いて、従来技術との比較を説明する。
Next, a comparison with the prior art will be described using a characteristic example of the class A
図22では、図13に示す従来のA級PN入力アンプ1300と図15に示す本発明に係るA級PN入力アンプ1500との消費電流特性例の比較をグラフで示している。
FIG. 22 is a graph showing a comparison of current consumption characteristics of the conventional class A
図22においては、電源電圧はVDD=3Vとして一般的なオペアンプの消費電流測定条件である「ViN=1/2×VDD=1.5V」の電流値を比較した例を示している。 FIG. 22 shows an example of comparing the current value of “ViN = 1⁄2 × VDD = 1.5 V”, which is a condition for measuring the consumption current of a general operational amplifier, with the power supply voltage VDD = 3V.
図22における「特性例1(従来)」は、従来のA級PN入力アンプ1300における回路電流を増やし、消費電流を200μAとした際の消費電流特性例を電圧(横軸)・電流(縦軸)で示している。
“Characteristic example 1 (conventional)” in FIG. 22 is an example of current consumption characteristics when the circuit current in the conventional class A
また、「特性例2(従来)」は、従来のA級PN入力アンプ1300における回路電流を減らして3.88μAとした際の消費電流特性例を電圧(横軸)・電流(縦軸)で示している。
“Characteristic example 2 (conventional)” is an example of current consumption characteristics when the circuit current in the conventional class A
そして、「特性例3(本発明)」は、本発明に係るA級PN入力アンプ1500における回路電流を3.92μAとして、「特性例2(従来)」と同等の消費電流となる様にした際の電圧・電流特性例を示している。
Then, in the “characteristic example 3 (present invention)”, the circuit current in the class A
このような特性で、出力負荷「CL=10000PF」という高負荷でのパルス応答特性例を、図23に示す。 An example of a pulse response characteristic at a high load such as the output load “CL = 10000 PF” with such a characteristic is shown in FIG.
図23において、「特性例1(従来)」では、回路電流が多い分、回路動作が速く、出力のハイサイドとロウサイドの遅れがほとんど無く、スルーレート特性も良好である。 In FIG. 23, in the “characteristic example 1 (conventional)”, the circuit operation is quick because the circuit current is large, there is almost no delay between the high side and the low side of the output, and the slew rate characteristics are also good.
また、「特性例2(従来)」では、回路電流が少ない為、回路動作が遅く、出力のハイサイドとロウサイドの遅れが大きい。結果的にスルーレート特性が劣化してしまう。 Further, in the “characteristic example 2 (conventional)”, since the circuit current is small, the circuit operation is slow and the delay between the high side and the low side of the output is large. As a result, the slew rate characteristic is degraded.
これに対して、「特性例3(本発明)」では、前述した通り、出力の立ち上がり、及び、立ち下がり時にハイサイド電流制御回路1510及びロウサイド電流制御回路1520によって回路電流を増加させることから回路動作が速く、スルーレート特性も、回路電流を増やした「特性例1(従来)」と何ら遜色も無い良好な特性が得られおり、かつ出力安定時には少ない電流で動作することができることが示されている。
On the other hand, in the “characteristic example 3 (the present invention)”, as described above, the circuit current is increased by the high side
次に、図24においては、負荷過渡応答特性例の比較例を示している。入力を「ViN=1.5V」に固定し、出力を「VOUT=1.5V」にした場合に、出力負荷電流(40MA⇔50MA)を変動させた際の出力安定性(出力セットリング時間、オーバーシュート、アンダーシュート)の比較例を示している。 Next, FIG. 24 shows a comparative example of load transient response characteristics. Output stability (output settling time) when the output load current (40 MA ⇔ 50 MA) is fluctuated when the input is fixed at "ViN = 1.5 V" and the output is "VOUT = 1.5 V" A comparative example of overshoot and undershoot is shown.
図24において、「特性例1(従来)」では出力セットリング時間が0.76μS、オーバーシュート・アンダーシュートが340MVである。 In FIG. 24, in the “characteristic example 1 (conventional)”, the output settling time is 0.76 μS, and the overshoot / undershoot is 340 MV.
また、「特性例2(従来)」では、出力セットリング時間が22μS、アンダーシュート・オーバーシュートが587MVで、明らかに回路電流の少ない「特性例2(従来の)の特性が劣化している。 Further, in the “characteristic example 2 (conventional)”, the output settling time is 22 μs, the undershoot / overshoot is 587 MV, and the characteristic of the “characteristic example 2 (conventional)” is obviously deteriorated.
これに対して、「特性例3(本発明)」では、出力セットリング時間が0.67μS、オーバーシュート・アンダーシュートが204MVであり、この特性に関しても同様に、「特性例1(従来)」と何ら遜色も無い良好な特性が得られおり、かつ出力安定時には少ない電流で動作することができることが示されている。 On the other hand, in “characteristic example 3 (invention)”, the output settling time is 0.67 μS, the overshoot / undershoot is 204 MV, and in the same manner, “characteristic example 1 (conventional)” is also described. It has been shown that good characteristics without any deterioration are obtained, and that it is possible to operate with less current when the output is stable.
このように、図15に示す本発明に係るA級PN入力アンプ1500によれば、出力安定時の消費電流を増加させること無く、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間及び出力オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。
Thus, according to the class A
なお、本実施の形態例の動作の説明では、消費電流は、最低4μA程度としているが、nAオーダーの設定も可能であり、超低消費電流のオペアンプを構成することも可能である。 Although the consumption current is at least about 4 μA in the description of the operation of this embodiment, it is possible to set an nA order, and it is also possible to configure an operational amplifier of ultra-low consumption current.
また、オペアンプで問題となる差動増幅回路のオフセット電圧に関しても、メインアンプ部1502の差動増幅回路、ハイサイド電流制御回路1510及びロウサイド電流制御回路1520の各差動増幅回路は、各々独立して、各々に設けられたオフセット電圧調整用回路1502a,1502b、1510a、1520aにおけるフューズのトリミング等で調整することができる。
The differential amplifier circuit of the
例えば、メインアンプ部1502の差動増幅回路は、入力オフセット電圧をオフセット電圧調整用回路1502a,1502bのトリミングで調整し、ハイサイド電流制御回路1510の差動増幅回路は、ハイサイド制御電流量及び入力オフセット電圧をオフセット電圧調整用回路1510aのトリミングで調整し、ロウサイド電流制御回路1520の差動増幅回路は、ロウサイド制御電流量及び入力オフセット電圧をオフセット電圧調整用回路1520aのトリミングで調整する。
For example, the differential amplifier circuit of the
次に、図16における本発明に係るA級P入力アンプ1600について説明する。
Next, the class
図16においては、第4の実施形態として、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプの回路を示している。 FIG. 16 shows, as a fourth embodiment, a circuit of an operational amplifier provided with a differential amplifier circuit controller according to the present invention.
図16に示すオペアンプは、Pch入力差動増幅回路で構成されたA級P入力アンプ1600である。
The operational amplifier shown in FIG. 16 is a class
本A級P入力アンプ1600は、本発明に係る高速機能部としてのバイアス電流増減回路1601aを備えたバイアス電流源回路1601、本発明に係る差動増幅回路としてのメインアンプ部1602、本発明に係る第1のコンパレータとしてのハイサイド電流制御回路1610、及び、本発明に係る第2のコンパレータとしてのロウサイド電流制御回路1620を備えている。
The class
A級P入力アンプ1600では、バイアス電流源回路1601とメインアンプ部1602におけるPch入力差動増幅回路とにより、メインアンプ部1602における出力回路のNch出力MOSトランジスタN5を制御しており、メインアンプ部1602におけるPch出力MOSトランジスタP5は、ゲート電圧がバイアス電流源回路1601から供給された定電流源として機能する。
In the class
なお、A級P入力アンプ1600において、ハイサイド電流制御回路1610とロウサイド電流制御回路1620は、PchMOSトランジスタP13,P14,P20,P21からなるPch入力差動増幅回路で構成されている。これは、メインアンプ部1602の差動増幅回路がPch入力差動増幅回路で構成されている為、その同相入力範囲に入力レンジをあわせる必要があり、そのために、ハイサイド電流制御回路1610とロウサイド電流制御回路1620はPch入力差動増幅回路で構成されている。
In the class
このように、本A級P入力アンプ1600は、図14に示すA級P入力アンプ1400に、ハイサイド電流制御回路1610、ロウサイド電流制御回路1620、及び、バイアス電流源回路1601内のバイアス電流増減回路1601aを設けた構成となっている。
As described above, the present class
そして、ハイサイド電流制御回路1610は、Pch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部1602のハイレベル(H)出力(以下、ハイサイドともいう)を制御する。ロウサイド電流制御回路1620は、Pch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部1602のロウレベル(L)出力(以下、ロウサイドともいう)を制御する。
The high side
また、バイアス電流源回路1601は、バイアス電流増減回路1601aにより、ハイサイド電流制御回路1610とロウサイド電流制御回路1620からの出力に応じて、バイアス電流源回路1601から出力されるバイアス電流を増加させる。
In addition, the bias
ハイサイド電流制御回路1610のPch入力差動増幅回路の入力端子、及びロウサイド電流制御回路1620のPch入力差動増幅回路の入力端子は、各々、一方がメインアンプ部1602の差動増幅回路の反転入力端子に接続され、もう一方が非反転入力端子に接続されている。
The input terminal of the Pch input differential amplifier circuit of the high side
ハイサイド電流制御回路1610の出力はバイアス電流増減回路1601aにおけるPchMOSトランジスタP7のゲートとソース、及び、NchMOSトランジスタN7のゲートとドレインに接続されている。ロウサイド電流制御回路1620の出力も、同様に、バイアス電流増減回路1601aに接続されている。
The output of the high side
さらに、本A級P入力アンプ1600においては、メインアンプ部1602、ハイサイド電流制御回路1610、及びロウサイド電流制御回路1620の各々に、図17に構成例が示されるオフセット電圧調整用回路1602a、1610a、1620aが設けられている。
Furthermore, in the present class
なお、本A級P入力アンプ1600においても、図15におけるA級PN入力アンプ1500と同様に、回路特性によって発生する出力発振対策の為に、メインアンプ部1602、ハイサイド電流制御回路1610、及びロウサイド電流制御回路1620の各々に、その特性・仕様に応じた位相補償回路を接続することでも良い。
In the class
本A級P入力アンプ1600の動作については、図15におけるA級PN入力アンプ1500の動作と同様であり、ここでの説明は行わず、図25,26を用いて、A級P入力アンプ1600の動作特性例を説明する。
The operation of the class
図25は、図14に示す従来のA級P入力アンプ1400と図16に示す本発明に係るA級P入力アンプ1600との消費電流特性例の比較を示したグラフである。
FIG. 25 is a graph showing a comparison of current consumption characteristics of the conventional class
図25においては、電源電圧はVDD=3Vとして一般的なオペアンプの消費電流測定条件である「ViN=1/2×VDD=1.5V」の電流値を比較した例を示している。 FIG. 25 shows an example of comparing the current value of “ViN = 1⁄2 × VDD = 1.5 V”, which is a condition for measuring the consumption current of a general operational amplifier, with the power supply voltage VDD = 3V.
図25における「特性例1(従来)」と「特性例2(本発明)」は、消費電流を同じ5μAとした際の、図14に示す従来のA級P入力アンプ1400と図16に示す本発明に係るA級P入力アンプ1600の消費電流特性例を電圧(横軸)・電流(縦軸)で示している。
The “characteristic example 1 (conventional)” and the “characteristic example 2 (present invention)” in FIG. 25 show the conventional class
このような消費電流特性における、出力負荷「CL=100PF」でのパルス応答特性例を、図26に示す。 An example of a pulse response characteristic at an output load “CL = 100 PF” in such a consumption current characteristic is shown in FIG.
図26において、「特性例1(従来)」では、回路電流が少ない為、回路動作が遅く、出力のハイサイド・ロウサイドの遅れが大きく、結果的にスルーレート特性が劣化していることが示されている。 FIG. 26 shows that in the “characteristic example 1 (conventional)”, the circuit operation is slow because the circuit current is small, and the delay on the high side / low side of the output is large, resulting in deterioration of the slew rate characteristic. It is done.
これに対して、「特性例2(本発明)」では、出力の立ち上がり、及び、立ち下がり時にハイサイド電流制御回路1610、ロウサイド電流制御回路1620によって回路電流を増加させることから回路動作が速く、スルーレート特性は良好であり、かつ出力安定時には少ない電流で動作することができることが示されている。
On the other hand, in the “characteristic example 2 (invention)”, the circuit operation is fast because the circuit current is increased by the high side
なお、このような特性の改善に伴い負荷過度適応特性例に関しても改善されることは明確である。 In addition, it is clear that it improves also about an example of a load excess adaptation characteristic with improvement of such a characteristic.
このように、図16に示すA級P入力アンプ1600においても、図15に示すA級PN入力アンプ1500と同様に、出力安定時の消費電流を増加させること無く、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間及び出力オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。
Thus, in the class
なお、消費電流に関して本例の動作の説明では最低5μA程度としているがnAオーダーの設定も可能であり、超低消費電流のオペアンプを構成することも可能である。 Although the current consumption is at least about 5 μA in the description of the operation of this example, it is possible to set an nA order, and it is also possible to configure an operational amplifier of ultra-low current consumption.
また、オペアンプで問題となる差動増幅回路のオフセット電圧に関しても、メインアンプの差動増幅回路、ハイサイド電流制御回路及びロウサイド電流制御回路の各差動増幅回路は、独立したオフセット電圧調整用回路1602a、1610a、1620aを備えており、トリミング等で各々個別に調整することができる。 Further, with regard to the offset voltage of the differential amplifier circuit which causes a problem in the operational amplifier, the differential amplifier circuit of the main amplifier, the differential amplifier circuits of the high side current control circuit and the low side current control circuit are independent offset voltage adjusting circuits. 1602a, 1610a, 1620a can be adjusted individually by trimming or the like.
次に、図27、図28を用いて、本発明に係る第5の実施形態について説明する。 Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described using FIG. 27 and FIG.
図27及び図28は、A級N入力アンプの構成を示し、図27は、従来のA級N入力アンプ2700の構成を示し、図28は、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたA級N入力アンプ2800の構成を示している。
27 and 28 show the configuration of a class A N input amplifier, FIG. 27 shows the configuration of a conventional class A N
図27、図28の各々で示す構成については、図13、図15で示すA級PN入力アンプをもとに、図14、図16で示すA級P入力アンプにおけるPch入力差動増幅回路のアンプを、Nch入力差動増幅回路のアンプに置き換えたものである。 With respect to the configuration shown in each of FIGS. 27 and 28, based on the class A PN input amplifier shown in FIGS. 13 and 15, the Pch input differential amplifier circuit in the class A P input amplifier shown in FIGS. The amplifier is replaced with an amplifier of an Nch input differential amplifier circuit.
すなわち、図27に示すオペアンプ2700は、Nch入力差動増幅回路で構成されたA級N入力アンプである。
That is, the
この従来のA級N入力アンプ2700は、バイアス電流源回路2701とメインアンプ部2702とを備え、メインアンプ部2702は、NchMOSトランジスタN1,N2からなるNch入力差動増幅回路2704及び出力回路2705を備えている。
This conventional A-class N-
Pch入力差動増幅回路2704で、出力回路2705のPch出力MOSトランジスタP5を制御しており、出力回路2705のNch出力MOSトランジスタN5は、ゲート電圧がバイアス電流源回路2701から供給され、定電流源として機能している。
The Pch output MOS transistor P5 of the
従来のA級N入力アンプ2700においても、近年社会の低消費電力化するに伴い、電圧レギュレータと同様に、オペアンプに関しても低消費電流化の傾向に向かいつつある。
Also in the conventional A-class N-
しかしながら、電流を低減させるということはオペアンプ自体の動作速度が遅くなることであり、その結果、出力信号の応答速度の低下や出力負荷変動に対する出力安定時間(出力セットリング時間)がかかる。また、出力オーバーシュート、アンダーシュートが大きくなるといった問題が生じる。この対策として従来は、回路全体の電流、特に差動増幅回路の電流を増加させ、回路動作を早くさせることで対応していた。 However, reducing the current means that the operating speed of the operational amplifier itself is reduced, and as a result, the response speed of the output signal decreases and the output settling time (output settling time) against output load fluctuation is required. In addition, problems such as an increase in output overshoot and undershoot occur. As a countermeasure against this, conventionally, the current of the entire circuit, in particular, the current of the differential amplifier circuit is increased to accelerate the circuit operation.
しかし、このように、駆動電流を増加させることは消費電流が増加する為、近年の低消費電力化に相反することとなり、これらを踏まえての低消費電流化は困難であった。 However, as described above, increasing the drive current contradicts with the recent reduction in power consumption because current consumption increases, and it is difficult to reduce the current consumption based on these.
このような問題に対応した本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプとしての図28に示すA級N入力アンプ2800について説明する。
A class A N
図28におけるA級N入力アンプ2800は、第4の実施形態として、本発明に係る差動増幅回路制御装置を設けたオペアンプの回路を示している。
A class A N
本A級N入力アンプ2800は、本発明に係る高速機能部としてのバイアス電流増減回路2801aを備えたバイアス電流源回路2801、本発明に係る差動増幅回路としてのメインアンプ部2802、本発明に係る第1のコンパレータとしてのハイサイド電流制御回路2810、及び、本発明に係る第2のコンパレータとしてのロウサイド電流制御回路2820を備えている。
The present class A N
本A級N入力アンプ2800では、バイアス電流源回路2801とメインアンプ部2802におけるNchMOSトランジスタN1,N2からなるNch入力差動増幅回路とにより、メインアンプ部2802における出力回路のPch出力MOSトランジスタP5を制御しており、メインアンプ部2802におけるNch出力MOSトランジスタN5は、ゲート電圧がバイアス電流源回路2801から供給された定電流源として機能する。
In this A-class N-
なお、本A級N入力アンプ2800において、ハイサイド電流制御回路2810とロウサイド電流制御回路2820は、NchMOSトランジスタN13,N14,N20,N21からなるNch入力差動増幅回路で構成されている。これは、メインアンプ部2802の差動増幅回路がNch入力差動増幅回路で構成されている為、その同相入力範囲に入力レンジをあわせる必要があり、そのために、ハイサイド電流制御回路2810とロウサイド電流制御回路2820はNch入力差動増幅回路で構成されている。
In the present class A N
このように、本A級N入力アンプ2800は、図27に示すA級N入力アンプ2700に、ハイサイド電流制御回路2810、ロウサイド電流制御回路2820、及び、バイアス電流増減回路2801内のバイアス電流増減回路2801aを設けた構成となっている。
As described above, the present class A N
そして、ハイサイド電流制御回路2810は、Nch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部2802のハイレベル(H)出力(以下、ハイサイドともいう)を制御する。ロウサイド電流制御回路2820は、Nch入力差動増幅回路を備え、メインアンプ部2802のロウレベル(L)出力(以下、ロウサイドともいう)を制御する。
The high side
また、バイアス電流源回路2801は、バイアス電流増減回路2801aにより、ハイサイド電流制御回路2810とロウサイド電流制御回路2820からの出力に応じて、バイアス電流源回路2801から出力されるバイアス電流を増加させる。
Further, the bias
ハイサイド電流制御回路2810のNch入力差動増幅回路の入力端子、及びロウサイド電流制御回路2820のNch入力差動増幅回路の入力端子は、各々、一方がメインアンプ部2802の差動増幅回路の反転入力端子に接続され、もう一方が非反転入力端子に接続されている。
The input terminal of the Nch input differential amplifier circuit of the high side
ハイサイド電流制御回路2810の出力はPchMOSトランジスタP15を介してバイアス電流増減回路2801aのPchMOSトランジスタP7のソース、及び、NchMOSトランジスタN7のゲートとドレインに接続されている。ロウサイド電流制御回路2820の出力も、同様に、PchMOSトランジスタP22を介してバイアス電流増減回路2801aに接続されている。
The output of the high side
さらに、本A級N入力アンプ2800においては、メインアンプ部2802、ハイサイド電流制御回路2810、及びロウサイド電流制御回路2820の各々に、図17に構成例が示されるオフセット電圧調整用回路2802a、2810a、2820aが設けられている。
Furthermore, in the present A-class N-
なお、本A級N入力アンプ2800においても、図15におけるA級PN入力アンプ1500及び図16におけるA級P入力アンプ1600と同様に、回路特性によって発生する出力発振対策の為に、メインアンプ部2802、ハイサイド電流制御回路2810、及びロウサイド電流制御回路2820の各々に、その特性・仕様に応じた位相補償回路を接続することでも良い。
Also in the present A-class N-
本A級N入力アンプ2800の動作については、図15におけるA級PN入力アンプ1500及び図16におけるA級P入力アンプ1600との動作と同様であり、ここでの説明は行わず、図29及び図30を用いて、A級N入力アンプ2800の動作特性例を説明する。
The operation of this class A N
図29は、図27に示す従来のA級N入力アンプ2700と図28に示す本発明に係るA級N入力アンプ2800との消費電流特性例を比較したグラフを示している。
FIG. 29 shows a graph comparing current consumption characteristics of the conventional class A N
図29においては、電源電圧はVDD=3Vとして一般的なオペアンプの消費電流測定条件である「ViN=1/2×VDD=1.5V」の電流値を比較した例を示している。 FIG. 29 shows an example where the power supply voltage is VDD = 3 V and the current value of “ViN = 1⁄2 × VDD = 1.5 V”, which is the consumption current measurement condition of a general operational amplifier, is compared.
図29における「特性例1(従来)」と「特性例2(本発明)」は、消費電流を同じ5μAとした際の、図27に示す従来のA級N入力アンプ2700と図28に示す本発明に係るA級N入力アンプ2800の消費電流特性例を電圧(横軸)・電流(縦軸)で示している。
The “characteristic example 1 (conventional)” and the “characteristic example 2 (present invention)” in FIG. 29 show the conventional class A N
このような消費電流特性における、出力負荷「CL=100PF」でのパルス応答特性例を、図30に示す。 An example of a pulse response characteristic at an output load “CL = 100 PF” in such a consumption current characteristic is shown in FIG.
図30において、「特性例1(従来)」では、回路電流が少ない為、回路動作が遅く、出力のハイサイド・ロウサイドの遅れが大きく、結果的にスルーレート特性が劣化していることが示されている。 FIG. 30 shows that in the “characteristic example 1 (conventional)”, since the circuit current is small, the circuit operation is slow, the high side / low side delay of the output is large, and the slew rate characteristic is consequently deteriorated. It is done.
これに対して、「特性例2(本発明)」では、出力の立ち上がり、及び、立ち下がり時にハイサイド電流制御回路2810、ロウサイド電流制御回路2820によって回路電流を増加させることから回路動作が速く、スルーレート特性は良好であり、かつ出力安定時には少ない電流で動作することができることが示されている。
On the other hand, in the “characteristic example 2 (the present invention)”, the circuit current is increased by increasing the circuit current by the high side
なお、このような特性の改善に伴い負荷過度適応特性例に関しても改善されることは明確である。 In addition, it is clear that it improves also about an example of a load excess adaptation characteristic with improvement of such a characteristic.
このように、図28に示すA級N入力アンプ2800においても、図15に示すA級PN入力アンプ1500及び図16に示すA級P入力アンプ1600と同様に、出力安定時の消費電流を増加させること無く、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間及び出力オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。
As described above, also in the class A N
なお、消費電流に関して本例の動作の説明では最低5μA程度としているがnAオーダーの設定も可能であり、超低消費電流のオペアンプを構成することも可能である。 Although the current consumption is at least about 5 μA in the description of the operation of this example, it is possible to set an nA order, and it is also possible to configure an operational amplifier of ultra-low current consumption.
また、オペアンプで問題となる差動増幅回路のオフセット電圧に関しても、メインアンプの差動増幅回路、ハイサイド電流制御回路及びロウサイド電流制御回路の各差動増幅回路は、独立したオフセット電圧調整用回路2802a、2810a、2820aを備えており、トリミング等で調整することができる。 Further, with regard to the offset voltage of the differential amplifier circuit which causes a problem in the operational amplifier, the differential amplifier circuit of the main amplifier, the differential amplifier circuits of the high side current control circuit and the low side current control circuit are independent offset voltage adjusting circuits. 2802a, 2810a, 2820a are provided and can be adjusted by trimming or the like.
次に、図31〜図34を用いて、本発明に係る第6の実施形態について説明する。 Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図31では、本発明に係る第6の実施形態例を示すAB級増幅のRAil−TO−RAil(登録商標)入出力オペアンプ(AB級オペアンプともいう)の回路を示している。 FIG. 31 shows a circuit of a class AB amplified Rail-TO-Rail (registered trademark) input / output operational amplifier (also referred to as a class AB operational amplifier) showing a sixth embodiment according to the present invention.
図31に示すAB級オペアンプ3100は、本発明に係る高速機能部としてのバイアス電流増減回路3101aを備えたバイアス電流源回路3101、本発明に係る差動増幅回路としてのメインアンプ部3102、本発明に係る第1のコンパレータとしてのハイサイド電流制御回路3110、及び、本発明に係る第2のコンパレータとしてのロウサイド電流制御回路3120を備えている。
A class AB
AB級オペアンプ3100は、以下に説明する構成としており、低消費電流であり、かつ、より高速な出力応答性を十二分に発揮する為の回路となっている。
The class AB
差動増幅回路は、能動負荷をダイオード接続されたPch入力差動増幅回路とNch入力差動増幅回路で構成されている。能動負荷をダイオード接続された差動増幅回路は高速な応答がその特徴であることは公知の事実であるが、DCゲインは低く20〜40dB程度しか取れないことも公知の事実である。 The differential amplifier circuit is composed of a Pch input differential amplifier circuit and an Nch input differential amplifier circuit in which active loads are diode-connected. It is a known fact that high speed response is a feature of a differential amplifier circuit in which an active load is diode-connected, but it is also a known fact that DC gain is low at only about 20 to 40 dB.
このDCゲインの低下を防ぐ為、Pch入力差動増幅回路は、能動負荷にゲートを接続したNchMOSトランジスタのドレインをNch入力差動増幅回路の能動負荷に接続する。 In order to prevent the drop of the DC gain, the Pch input differential amplifier circuit connects the drain of the Nch MOS transistor whose gate is connected to the active load to the active load of the Nch input differential amplifier circuit.
これに対してNch入力差動増幅回路は、能動負荷にゲートを接続したPchMOSトランジスタのドレインをPch入力差動増幅回路の能動負荷に接続する。 On the other hand, the Nch input differential amplifier circuit connects the drain of the Pch MOS transistor whose gate is connected to the active load to the active load of the Pch input differential amplifier circuit.
そして、互いの差動増幅回路に対してフィードバック構成にすることにより、DCゲインを30〜60dB程度に上げる効果があり、DCゲインの低下を防ぐことができる。 And by making it a feedback structure with respect to each differential amplifier circuit, it is effective in raising DC gain to about 30-60 dB, and can prevent the fall of DC gain.
従来技術のRAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路としては、能動負荷をカレントミラー接続されたPch入力差動増幅回路に、能動負荷をダイオード接続されたNch入力差動増幅回路の能動負荷にゲートを接続したPchMOSトランジスタのドレインをPch入力差動増幅回路の能動負荷に接続する。 As a prior art Rail-TO-Rail (registered trademark) differential amplifier circuit, an active load is connected to a current mirror-connected Pch input differential amplifier circuit, and an active Nch input differential amplifier circuit is connected to a diode-connected active load. The drain of the Pch MOS transistor whose gate is connected to the load is connected to the active load of the Pch input differential amplifier circuit.
このような回路例は図31におけるハイサイド電流制御回路3110で使用されている。
Such a circuit example is used in the high side
また、カレントミラー接続された能動負荷がNch入力差動増幅回路の場合は、Pch入力差動増幅回路の能動負荷がダイオード接続となり、回路の構成は前記述の正反対となる。このような回路例は、図31におけるロウサイド電流制御回路3120で使用されている。
When the active load connected in a current mirror is an Nch input differential amplifier circuit, the active load of the Pch input differential amplifier circuit is a diode connection, and the configuration of the circuit is the reverse of the above description. Such a circuit example is used in the low side
次に、従来技術の各回路構成におけるAB級オペアンプの入力の同相入力範囲(VSS〜VDD)の特徴について述べる。 Next, features of the in-phase input range (VSS to VDD) of the input of the class AB operational amplifier in each circuit configuration of the prior art will be described.
ここでは、能動負荷がカレントミラー接続されている差動増幅回路をメイン差動と称し、能動負荷がダイオード接続されている差動増幅回路をサブ差動と称する。 Here, the differential amplifier circuit in which the active load is current-mirror connected is referred to as a main differential, and the differential amplifier circuit in which the active load is diode-connected is referred to as a sub differential.
Pch入力差動増幅回路は、公知の事実として「VSS〜(VDD−VTP)」の同相入力範囲となっており、VDD側の入力はPchMOSトランジスタのほぼVTH分(VTP)だけ入力出来ない。 As a known fact, the Pch input differential amplifier circuit has an in-phase input range of "VSS-(VDD-VTP)", and the input on the VDD side can not be input for approximately VTH (VTP) of the Pch MOS transistor.
また、Nch入力差動増幅回路は、公知の事実として「(VSS−VTN)〜VDD」の同相入力範囲となっており、VSS側の入力はNchMOSトランジスタのほぼVTH分(VTN)だけ入力出来ない。 Also, the Nch input differential amplifier circuit has a common mode input range of "(VSS-VTN) ~ VDD" as a known fact, and the input on the VSS side can not be input for almost VTH (VTN) of the Nch MOS transistor. .
メイン差動がPch入力差動増幅回路の場合、サブ差動であるNch入力差動増幅回路の能動負荷にゲートを接続したPchMOSトランジスタのドレインをメイン差動の能動負荷に接続することによってVDD側の入力を補う構成となり、同相入力範囲が「VSS〜VDD」である所謂、「RAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路」の動作となる。 When the main differential is a Pch input differential amplifier circuit, the drain of the Pch MOS transistor whose gate is connected to the active load of the sub differential Nch input differential amplifier circuit is connected to the active load of the main differential. And the operation of the so-called "Rail-TO-Rail differential amplifier circuit" in which the in-phase input range is "VSS to VDD".
また、メイン差動がNch入力差動増幅回路の場合、サブ差動であるPch入力差動増幅回路の能動負荷にゲートを接続したNchMOSトランジスタのドレインをメイン差動の能動負荷に接続することによってVSS側の入力を補う構成となり、同相入力範囲が「VSS〜VDD」である所謂、「RAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路」の動作となる。 When the main differential is an Nch input differential amplifier circuit, the drain of the Nch MOS transistor whose gate is connected to the active load of the sub differential Pch input differential amplifier circuit is connected to the main differential active load. The input on the VSS side is compensated, and the operation of the so-called "Rail-TO-Rail (registered trademark) differential amplifier circuit" in which the in-phase input range is "VSS to VDD" is obtained.
図31に示すAB級オペアンプ3100における差動増幅回路は、Pch差動増幅回路とNch差動増幅回路が互いの差動増幅回路に対してフィードバックする構成であり、相補的に互いの同相入力範囲を補う構成となっていることから、所謂「RAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路」の回路構成となっている。
The differential amplification circuit in the class AB
なお、能動負荷はダイオード接続でなく、そのゲートをバイアス回路に接続することも可能である。 It is also possible to connect the gate of the active load to the bias circuit instead of diode connection.
続いて、AB級オペアンプ3100におけるプリバッファ3102c,3102dの回路について説明する。
Subsequently, circuits of
ハイサイド出力であるPchMOSトランジスタP5を制御するハイサイド・プリバッファ3102cは、能動負荷をカレントミラー接続で構成されたPchMOSトランジスタP29,P30とNchMOSトランジスタN30,N31で構成された差動入力対を持ち、電流源を電源(VSS)としたNch入力差動増幅回路を構成している。
A
従来技術のNch入力差動増幅回路では、NchMOSトランジスタで電流源を構成している為、差動増幅回路の電流としては電流源で設定された有限の電流しか流せない。 In the Nch input differential amplifier circuit of the prior art, since the current source is configured by the Nch MOS transistor, only a finite current set by the current source can flow as a current of the differential amplifier circuit.
これに対して、ハイサイド・プリバッファ3102cのNch差動増幅回路は、電流源が電源(VSS)である為、理論上は無限大の電流が流せる。
On the other hand, in the Nch differential amplifier circuit of the
実際は差動入力対のON(オン)抵抗で電流は制限されてしまうが、従来技術の差動増幅回路より大きな電流を取ることができる。つまり、ハイサイド・プリバッファ3102cの差動増幅回路は従来技術の差動増幅回路より高い増幅率を持っている。
In fact, although the current is limited by the ON resistance of the differential input pair, it can take a larger current than prior art differential amplifier circuits. That is, the differential amplifier circuit of the
また、ロウサイド出力であるNchMOSトランジスタN5を制御するロウサイド・プリバッファ3102dは、能動負荷をカレントミラー接続で構成されたNchMOSトランジスタN32,N33とPchMOSトランジスタP31,P32で構成された差動入力対を持ち、電流源を電源(VDD)としたPch入力差動増幅回路を構成している。
The low side pre-buffer 3102 d for controlling the low side output Nch MOS transistor N 5 has a differential input pair consisting of Nch
前述のハイサイド・プリバッファ3102cでの説明と同様に、ロウサイド・プリバッファ3102dの差動増幅回路は従来技術の差動増幅回路より高い増幅率を持っている。
Similar to the description of the
ここで差動増幅回路について再度述べると、Pch入力差動増幅回路とNch入力差動増幅回路でフィードバック構成にすることにより、従来技術の回路に対してDCゲインを30〜60dB程度に上げてはいるが、差動増幅回路は能動負荷がダイオード接続であることからその主目的は高速な応答である。 Here, the differential amplification circuit will be described again. If DC gain is increased to about 30 to 60 dB with respect to the circuit of the prior art by forming a feedback configuration with the Pch input differential amplification circuit and the Nch input differential amplification circuit However, the main purpose of the differential amplifier circuit is high-speed response because the active load is diode-connected.
従って、差動増幅回路のDCゲイン不足を高増幅率のプリバッファで補うことで、オペアンプとしては80dB以上のDCゲインを得ることができる。 Therefore, a DC gain of 80 dB or more can be obtained as the operational amplifier by compensating for the lack of the DC gain of the differential amplifier circuit with a high amplification prebuffer.
また、本例のプリバッファは、従来技術のプリバッファに比べ、素子数が少なく、その回路構成は簡素である為、プリバッファ自体も高速な応答に向いている。 Further, since the prebuffer of this example has a smaller number of elements and a simpler circuit configuration than the prior art prebuffer, the prebuffer itself is also suitable for high-speed response.
図31に示すAB級オペアンプ3100においては、このようなメインアンプに、RAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路で構成されたロウサイド電流制御回路3120とハイサイド電流制御回路3110を加え、バイアス電流源回路3101にバイアス電流増減回路3101aを備えることで、高速な応答のAB級オペアンプを構成している。
In the class AB
なお、オペアンプで問題となる差動増幅回路のオフセット電圧に関しても、メインアンプ3102の差動増幅回路、ハイサイド電流制御回路3110及びロウサイド電流制御回路3120の各差動増幅回路は、独立したオフセット電圧調整用回路3102a,3102b、3110a,3110b、3120a,3120bを備えており、トリミング等で調整することができる。
As for the offset voltage of the differential amplifier circuit which causes a problem in the operational amplifier, the differential amplifier circuit of the
また、回路特性によって発生する出力発振の対策の為に、多種多様な既存の回路が適応可能な位相補償回路を、メインアンプ3101、ハイサイド電流制御回路3110、及び、ロウサイド電流制御回路3120に、その特性・仕様に応じて接続する。図31のAB級オペアンプ3100においては、メインアンプ3101、ハイサイド電流制御回路3110、及び、ロウサイド電流制御回路3120の各々に、位相補償回路3102e,3102f、3110c、3120cが接続されている。
Also, in order to take measures against output oscillation caused by circuit characteristics, the phase compensation circuit to which various existing circuits can be applied can be applied to the
AB級オペアンプ3100の動作に関しては、第3〜5の実施形態の各オペアンプの動作と同様であり、ここでの説明は行わず、以下、図32〜34を用いて、AB級オペアンプ3100の動作特性例を説明する。
The operation of the class AB
図32は、図31におけるAB級オペアンプ3100(電流制御回路有り)消費電流特性と、このAB級オペアンプ3100からハイサイド電流制御回路3110、ロウサイド電流制御回路3120、及びバイアス電流増減回路3101aを削除したメインアンプ3102(電流制御回路無し)のみの消費電流特性との比較をグラフで示している。
In FIG. 32, the class-AB operational amplifier 3100 (with current control circuit) consumption current characteristic in FIG. 31 and the high-side
図32においては、電源電圧はVDD=3Vとして一般的なオペアンプの消費電流測定条件である「ViN=1/2×VDD=1.5V」の電流値を比較した例を示している。 FIG. 32 shows an example of comparing the current value of “ViN = 1⁄2 × VDD = 1.5 V”, which is a condition for measuring the consumption current of a general operational amplifier, with the power supply voltage VDD = 3V.
図32において、「特性例1(電流制御回路無し)」はメインアンプ3102(電流制御回路無し)のみの消費電流特性を示し、「特性例2(電流制御回路有り)」は図31におけるAB級オペアンプ3100(電流制御回路有り)の消費電流特性を電圧(横軸)・電流(縦軸)で示し、各々10μAと同等の電流としている。 In FIG. 32, “characteristic example 1 (without current control circuit)” shows consumption current characteristics of only the main amplifier 3102 (without current control circuit), and “characteristic example 2 (with current control circuit)” is class AB in FIG. The consumption current characteristics of the operational amplifier 3100 (with current control circuit) are shown by voltage (horizontal axis) and current (vertical axis), and each has a current equivalent to 10 μA.
図33においては、無負荷時のSiN波応答特性例を示している。入力波形は「VSS〜VDD」であり、「特性例1(電流制御回路無し)」と「特性例2(電流制御回路有り)」のどちらとも出力振幅は「VSS〜VDD」であり、RAil−TO−RAil(登録商標)の特性を示している。 FIG. 33 shows an example of the SiN wave response characteristic at no load. The input waveform is “VSS to VDD”, and the output amplitude is “VSS to VDD” in both “characteristic example 1 (without current control circuit)” and “characteristic example 2 (with current control circuit)”. It shows the characteristics of TO-RAil (registered trademark).
これに対して、図34においては、出力負荷「CL=10000PF」という高負荷でのパルス応答特性例を示している。図33において、「特性例1(電流制御回路無し)」と「特性例2(電流制御回路有り)」の各々のパルス応答特性を比較すると、図からも明らかなように、「特性例2(電流制御回路有り)」のスルーレート特性が良好となっている。 On the other hand, FIG. 34 shows an example of the pulse response characteristic at a high load of output load “CL = 10000 PF”. In FIG. 33, when the respective pulse response characteristics of “characteristic example 1 (without current control circuit)” and “characteristic example 2 (with current control circuit)” are compared, it is apparent from the graph that “characteristic example 2 ( The slew rate characteristics of “current control circuit”) are good.
なお、このような特性の改善に伴い負荷過度適応特性例に関しても改善されることは明確である。 In addition, it is clear that it improves also about an example of a load excess adaptation characteristic with improvement of such a characteristic.
このように、図31におけるAB級オペアンプ3100においても、第3〜第5の実施形態例と同様に、出力安定時の消費電流を増加させること無く、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間及び出力オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。
As described above, also in the class AB
なお、消費電流に関して本例の動作の説明では最低10μA程度としているがnAオーダーの設定も可能であり、超低消費電流のオペアンプを構成することも可能である。 Although the current consumption is at least about 10 μA in the description of the operation of the present embodiment, it is possible to set an nA order, and it is also possible to configure an operational amplifier of ultra-low current consumption.
以上、各図を用いて説明したように、本実施の形態の差動増幅回路制御装置では、差動増幅回路(10)の一方の入力端子に非反転入力端子が接続され、差動増幅回路の出力が帰還される他方の入力端子に反転入力端子が接続されて、差動増幅回路の出力電圧の低下に伴う入力差に応じた電圧を出力する第1のコンパレータ(30)と、記差動増幅回路の一方の入力端子に反転入力端子が接続され、差動増幅回路の出力が帰還される他方の入力端子に非反転入力端子が接続されて、差動増幅回路の出力電圧の上昇に伴う入力差に応じた電圧を出力する第2のコンパレータ(31)と、第1のコンパレータ(30)、または、第2のコンパレータ(31)の各々から出力された電圧に応じて差動増幅回路の電流源トランジスタに流れる電流を増加させ、差動増幅回路の動作速度を速くする高速機能部(32)と、を備えている。 As described above with reference to the respective drawings, in the differential amplifier circuit control device of the present embodiment, the noninverting input terminal is connected to one input terminal of the differential amplifier circuit (10), and the differential amplifier circuit A first comparator (30), which has an inverting input terminal connected to the other input terminal to which the output of the output is fed back, and outputs a voltage according to the input difference due to the drop of the output voltage of the differential amplifier circuit The inverting input terminal is connected to one input terminal of the dynamic amplification circuit, and the non-inverting input terminal is connected to the other input terminal to which the output of the differential amplification circuit is fed back, so that the output voltage of the differential amplification circuit rises. A differential amplifier circuit according to a voltage output from each of a second comparator (31) that outputs a voltage according to the accompanying input difference, and the first comparator (30) or the second comparator (31) Current through the current source transistor of the Is provided with a high speed functional unit to increase the operation speed of the differential amplifier circuit (32), the.
なお、高速化機能回路(32)は、ゲートがコンパレータ(30)の出力に、ソースが正電源Vddに、及びドレインが電流源トランジスタ(NH3)のゲートに接続されたトランジスタ(PH18)と、ゲートがコンパレータ(31)の出力に、ソースが正電源Vddに、及びドレインが電流源トランジスタ(NH3)のゲートに接続されたトランジスタ(PH6)と、を備えている。 The high-speed functional circuit (32) has a gate connected to the output of the comparator (30), a source connected to the positive power supply Vdd, and a drain connected to the gate of the current source transistor (NH3). Are connected to the output of the comparator (31), the source is connected to the positive power supply Vdd, and the drain is connected to the gate of the current source transistor (NH3).
また、高速化機能回路(32)は、トランジスタ(PH18)及びトランジスタ(PH6)のドレインと負電源との間に、ソースが負電源(Vss)に接続され、ドレイン及びゲートがトランジスタ(PH18,PH6)のドレインと電流源トランジスタ(NH3)のゲートに接続されたNMOSトランジスタ(NH10)を備えている。 In the high-speed functional circuit (32), the source is connected to the negative power supply (Vss) between the drain of the transistor (PH18) and the transistor (PH6) and the negative power supply, and the drain and gate are transistors (PH18, PH6) And an NMOS transistor (NH10) connected to the gate of the current source transistor (NH3).
そして、本発明に係る差動増幅回路制御装置を電圧レギュレータ(100)に適用する際には、差動増幅回路が、出力側の電圧を分圧する分圧部(13)及び入力側の電圧として基準電圧を出力する基準電圧部(11)と共に電圧レギュレータ(100)に設けられ、コンパレータ(30)は、分圧部で分圧された電圧を負入力、基準電圧部から出力された基準電圧を正入力とし、コンパレータ(31)は、分圧部で分圧された電圧を正入力、基準電圧部から出力された基準電圧を負入力とする。 And, when the differential amplifier circuit control device according to the present invention is applied to the voltage regulator (100), the differential amplifier circuit serves as a voltage divider (13) for dividing the output voltage and the input voltage The voltage regulator (100) is provided with a reference voltage unit (11) that outputs a reference voltage, and the comparator (30) receives the voltage divided by the voltage dividing unit as a negative input, and outputs the reference voltage output from the reference voltage unit. The comparator (31) uses the positive voltage as a positive input, and the negative voltage as a reference voltage output from the reference voltage unit.
また、本発明に係る差動増幅回路制御装置をオペアンプ(1500,1600,2800)に適用する際には、差動増幅回路としてNch作動回路とPch作動回路との少なくともいずれか一方を備えたオペアンプに適用できる。 When the differential amplifier circuit control device according to the present invention is applied to the operational amplifier (1500, 1600, 2800), the operational amplifier is provided with at least one of an Nch operating circuit and a Pch operating circuit as a differential amplifier circuit. Applicable to
また、差動増幅回路(10)に、出力に対するオフセット電圧を調整する回路(レギュレータ出力のオフセット調整回路)を設け、コンパレータ(30)に、アンダーシュート検知に対するオフセット電圧を調整する回路(アンダーシュート検知のオフセット調整回路)を設け、コンパレータ(31)に、オーバーシュート検知に対するオフセット電圧を調整する回路(オーバーシュート検知のオフセット調整回路)を設けることができる。 In addition, the differential amplifier circuit (10) is provided with a circuit (offset adjustment circuit for adjusting regulator output) for adjusting the offset voltage with respect to the output, and the circuit for adjusting offset voltage for undershoot detection in the comparator (30) (undershoot detection And the comparator (31) can be provided with a circuit (offset adjustment circuit for overshoot detection) that adjusts the offset voltage for overshoot detection.
このようにすることにより、電圧レギュレータにおいて、負荷電流(出力電圧)の急激な変化(増加・減少)が発生した場合には、差動増幅回路の動作速度を速くすることで、早急に、出力トランジスタのゲートとソース間の電圧を負荷電流に応じた電圧にすることができ、アンダーシュート及びオーバーシュートを低減することができる。 By doing this, when a sudden change (increase or decrease) in load current (output voltage) occurs in the voltage regulator, the output speed can be increased quickly by increasing the operating speed of the differential amplifier circuit. The voltage between the gate and the source of the transistor can be made to correspond to the load current, and undershoot and overshoot can be reduced.
また、コンパレータ(30,31)にオフセット電圧調整用回路を設けることにより、差動増幅回路におけるアンダーシュート・オーバーシュートを検知するオフセット調整回路を調整するための、製造過程における「トリミング工程」を1まとめで実施可能とすることで、製造コストを削減することができる。 In addition, by providing an offset voltage adjustment circuit in the comparators (30, 31), the “trimming step” in the manufacturing process for adjusting the offset adjustment circuit for detecting undershoot / overshoot in the differential amplifier circuit By making the implementation feasible, the manufacturing cost can be reduced.
このように、本発明に係る差動増幅回路制御装置を備えた電圧レギュレータ及びオペアンプにおいては、出力安定時の消費電流を増加させること無く、入力信号に対する出力信号の過渡応答性と出力負荷変動に対する出力セットリング時間及び出力オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。 As described above, in the voltage regulator and the operational amplifier provided with the differential amplifier circuit controller according to the present invention, the transient response of the output signal to the input signal and the output load fluctuation can be obtained without increasing the consumption current when the output is stabilized. Output settling time and output overshoot and undershoot can be improved.
なお、本発明は、各図を用いて説明した実施の形態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において種々変更可能である。例えば、図31に示すAB級オペアンプ3100の構成と異なる回路構成のAB級RAil−TO−RAil(登録商標)オペアンプであっても、メインアンプと同等の同相入力範囲(VSS〜VDD)、すなわちRAil−TO−RAil(登録商標)入力の差動増幅回路を持つハイサイド電流制御回路3110及びロウサイド電流制御回路3120が構成可能で、かつバイアス電流源回路に電流増減回路を構成出来れば、図31に示す構成のAB級オペアンプ3100以外の構成のAB級オペアンプでも本発明を実現することは可能である。
The present invention is not limited to the embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, even if it is a class AB Rail-TO-Rail (registered trademark) operational amplifier having a circuit configuration different from that of the class AB
また、本発明に係る実施の形態例として、第3の実施例ではA級増幅PCH・Nch入力差動増幅回路のオペアンプ、第4の実施例ではA級増幅Pch入力差動増幅回路のオペアンプ、第5の実施例ではA級増幅Nch入力差動増幅回路のオペアンプ、及び、第6の実施例ではAB級増幅入出力RAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路のオペアンプに本発明に係る差動増幅回路制御装置を適用した例を説明したが、本発明に係るハイサイド電流制御回路、ロウサイド電流制御回路、及び、バイアス電流増減回路を構成することができるのであれば、本実施例以外のRAil−TO−RAil(登録商標)差動増幅回路、フォールテッドカスコード差動増幅回路、テレスコピック差動増幅回路等のいかなる種類、構成の差動増幅回路及びバイアス電流源回路にも適用することができる。また、出力回路に関しても、A級回路、AB級回路等のいかなる種類、構成の回路にも適用することができる。 Further, as an embodiment according to the present invention, in the third embodiment, an operational amplifier of a class A amplification PCH · Nch input differential amplification circuit, in a fourth embodiment, an operational amplifier of a class A amplification Pch input differential amplification circuit, In the fifth embodiment, the operational amplifier of a class A amplification Nch input differential amplifier circuit, and in the sixth embodiment, an operational amplifier of a class AB amplification input / output Rail-TO-Rail (registered trademark) differential amplification circuit Although an example to which such a differential amplifier circuit control device is applied has been described, the high side current control circuit, the low side current control circuit, and the bias current increase / decrease circuit according to the present invention can be configured in this embodiment. Other types of differential amplification circuits, such as Rail-TO-Rail (registered trademark) differential amplification circuits, folded cascode differential amplification circuits, telescopic differential amplification circuits, etc. And it can also be applied to the bias current source circuit. Further, the output circuit can be applied to circuits of any kind and configuration such as class A circuits and class AB circuits.
10 差動増幅回路
11 基準電圧回路
12,1305,1405,2705 出力回路
13 分圧回路
14 バイアス発生回路
15 差動増幅回路制御装置
20 インバータ
21 電流変換回路
30 コンパレータ(第1のコンパレータ)
31 コンパレータ(第2のコンパレータ)
32 高速化機能回路
100,300,700,900,1000 電圧レギュレータ
111〜115,1502a,1502b,1510a,1520a,1602a,1610a,1620a,2802a,2810a,2820a,3102a,3102b,3110a,3110b,3120a,3120b オフセット電圧調整用回路
1300,1500,1800 A級増幅Pch+Nch入力オペアンプ
1301,1401,1501,1601,2701,2801,3101 バイアス電流源回路
1302,1402,1502,1602,1802,2702,2802,3102 メインアンプ部
1303,2704 Nch差動増幅回路
1304,1404 Pch差動増幅回路
1400 A級増幅Pch入力オペアンプ
1501a,1601a,2801a,3101a バイアス電流増減回路
1510,1610,1810,2810,3110 ハイサイド電流制御回路
1520,1620,1820,2820,3120 ロウサイド電流制御回路
1600 A級増幅Pch入力オペアンプ
1801 バイアス電流源/電流増減回路
1802a,1802b,1810a,1820b,3102e,3102f,3110c,3120c 位相補償回路
2700,2800 A級増幅Nch入力オペアンプ
3100 AB級オペアンプ
3102c,3102d プリバッファ
C コンデンサ
N0〜N33,NH0〜NH16 NchMOSトランジスタ
P0〜P32,PH0〜PH18 PchMOSトランジスタ
R1〜 抵抗
Vdd 正電源
Vss 負電源
10
31 comparator (second comparator)
32 High-speed functional circuits 100, 300, 700, 900, 1000 Voltage regulators 111 to 115, 1502b, 1502b, 1510a, 1520a, 1602a, 1610a, 1620a, 2802a, 2810a, 2820a, 3102a, 3102b, 3110a, 3110b, 3120a, 3120b Offset voltage adjustment circuit 1300, 1500, 1800 Class A amplified Pch + Nch input operational amplifier 1301, 1401, 1501, 1601, 2701, 2801, 3101 Bias current source circuit 1302, 1402, 1502, 1602, 1802, 2702, 2802, 3102 Main Amplifier sections 1303 and 2704 Nch differential amplifier circuits 1304 and 1404 Pch differential amplifier circuits 1400 class A amplification Pch input operational amplifier 150 a, 1601a, 2801a, 3101a Bias current increase / decrease circuit 1510, 1610, 1810, 2810, 3110 High side current control circuit 1520, 1620, 1820, 2820, 3120 Low side current control circuit 1600 Class A amplified Pch input operational amplifier 1801 Bias current source / Current increase / decrease circuit 1802a, 1802b, 1810a, 1820b, 3102e, 3102f, 3110c, 3120c Phase compensation circuit 2700, 2800 Class A amplified Nch input op amp 3100 Class AB op amp 3102c, 3102d Pre-buffer C Capacitors N0 to N33, NH0 to NH16 Nch MOS transistors P0 to P32, PH to PH18 Pch MOS transistor R1 to Resistor Vdd Positive power supply Vss Negative power supply
Claims (4)
前記主差動増幅回路の前記一方の入力端子に反転入力端子が接続され、前記主差動増幅回路の前記他方の入力端子に非反転入力端子が接続されて、前記主差動増幅回路の出力電圧の上昇に伴う入力差に応じた電圧を出力する第2の差動増幅回路を含む第2のコンパレータと、
前記第1のコンパレータ、または、前記第2のコンパレータの各々から出力された電圧に応じて前記主差動増幅回路の電流源トランジスタに流れる電流を増加させ、前記主差動増幅回路の動作速度を速くする高速機能部と、
前記主差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、出力に対するオフセット電圧の調整回路と、
前記第1の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、アンダーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路と、
前記第2の差動増幅回路の双方の負荷であってトリミングにより抵抗値が調整可能な、オーバーシュート検知に対するオフセット電圧の調整回路と、
を備えたオペアンプ。 A non-inverting input terminal is connected to one input terminal for inputting an external signal of the main differential amplifier circuit, and an inverting input terminal is connected to the other input terminal for inputting an external signal of the main differential amplifier circuit, a first comparator comprising a first differential amplifier circuit which outputs a voltage corresponding to the input difference associated with the drop in the output voltage of the main differential amplifier circuit,
The inverting input terminal said to one input terminal of the main differential amplifier circuit is connected, the non-inverting input terminal connected to the other input terminal of the main differential amplifier circuit, of the main Sadozo width circuit a second comparator comprising a second differential amplifier circuit which outputs a voltage corresponding to the input difference with increasing output voltage,
The operating speed of the main differential amplifier circuit is increased by increasing the current flowing through the current source transistor of the main differential amplifier circuit according to the voltage output from each of the first comparator and the second comparator. High-speed functional unit to make it faster,
An adjustment circuit of an offset voltage to an output, which is a load of both of the main differential amplifier circuits and whose resistance value can be adjusted by trimming;
Said first differential amplifier circuit resistance by trimming a both load adjustable in an adjustment circuit of the offset voltage for the undershoot detection,
Said second differential amplifier circuit both a load by trimming resistance value adjustable in the adjusting circuit of the offset voltage for the overshoot detection,
Operational amplifier with .
ゲートが前記第1のコンパレータの出力端子に接続され、ソースが正電源に接続され、かつドレインが前記電流源トランジスタのゲートに接続された第1のトランジスタと、
ゲートが前記第2のコンパレータの出力端子に接続され、ソースが前記正電源に接続され、かつドレインが前記電流源トランジスタのゲートに接続された第2のトランジスタと、を備えた、
請求項1記載のオペアンプ。 The high speed functional unit is
A first transistor having a gate connected to the output terminal of the first comparator, a source connected to a positive power supply, and a drain connected to the gate of the current source transistor;
And a second transistor having a gate connected to the output terminal of the second comparator, a source connected to the positive power supply, and a drain connected to the gate of the current source transistor.
The operational amplifier according to claim 1.
前記第1のトランジスタのドレイン及び前記第2のトランジスタのドレインの各々と負電源との間に、ソースが前記負電源に接続され、ドレイン及びゲートが前記第1のトランジスタのドレイン及び前記第2のトランジスタの各々のドレインと前記電流源トランジスタのゲートに接続されたNMOSトランジスタを備えた、
請求項2記載のオペアンプ。 The high speed functional unit is
A source is connected to the negative power supply between each of the drain of the first transistor and the drain of the second transistor and a negative power supply, and a drain and a gate are connected to the drain of the first transistor and the second An NMOS transistor connected to the drain of each of the transistors and the gate of the current source transistor,
The operational amplifier according to claim 2.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のオペアンプ。 The main differential amplifier circuit is a differential amplification type circuit including at least one of an Nch differential circuit and a Pch differential circuit, and each of the first comparator and the second comparator is , operational amplifier according to any one of claims 1 to 3 including a circuit of a differential amplifier type of the same conductivity type as the main differential amplifier circuit.
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