JPH04105121A - Differential amplifier - Google Patents
Differential amplifierInfo
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- JPH04105121A JPH04105121A JP22329590A JP22329590A JPH04105121A JP H04105121 A JPH04105121 A JP H04105121A JP 22329590 A JP22329590 A JP 22329590A JP 22329590 A JP22329590 A JP 22329590A JP H04105121 A JPH04105121 A JP H04105121A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体基板上に形成した電界効果トランジスタ
を用いている差動増幅器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a differential amplifier using field effect transistors formed on a semiconductor substrate.
半導体基板上に形成した電界効果トランジスタを用いて
いる従来の差動増幅器は、例えば玉井徳辿監修、 “半
導体回路設計技術”日経マグロウヒル社 1987年
第310頁、図9−7に示されている。Conventional differential amplifiers that use field-effect transistors formed on a semiconductor substrate, for example, are supervised by Noritori Tamai, “Semiconductor Circuit Design Technology,” Nikkei McGraw-Hill Publishing, 1987.
As shown on page 310, Figures 9-7.
第2図はその差動増幅器の回路図である。負荷トランジ
スタである電界効果トランジスタ (以下トランジスタ
という)T I (T 3)と、差動増幅するトランジ
スタ’r、(T、、)とを直列接続しており、それらの
測置列回路を並列接続している。そしてトランジスタT
I、T3は、ドレインとゲートとを直結している。トラ
ンジスタTI、T:lの共通接続部は電源端子■、と接
続されており、トランジスタTz、Taの共通接続部は
電流源■を介して接地端子VSSと接続されている。ト
ランジスタT2゜T4の各ゲートは入力端子V、、V、
と各別に接続されている。トランジスタT、とT2との
接続部は出力端子■、。と、トランジスタT、とT4と
の接続部は出力端子■2゜と接続されている。FIG. 2 is a circuit diagram of the differential amplifier. A field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) T I (T3), which is a load transistor, and a transistor 'r, (T,,) for differential amplification are connected in series, and their measurement column circuits are connected in parallel. are doing. and transistor T
I and T3 directly connect the drain and gate. A common connection between the transistors TI and T:l is connected to a power supply terminal (2), and a common connection between the transistors Tz and Ta is connected to a ground terminal (VSS) via a current source (2). Each gate of the transistors T2゜T4 is connected to the input terminals V, , V,
and each is connected separately. The connection between transistors T and T2 is the output terminal ■. The connection portion between the transistors T and T4 is connected to the output terminal 2°.
ここでトランジスタT+、Tzの直列回路の電流を19
、トランジスタTx、Taの直列回路の電流を12とし
、電流源■の電流をIoとすると、L + It =
Io ・・・(1)となるので、I、=1.−1
.、、L =Io −Itとなって、一方の電流I+は
電流源Iの電流I0から他方の電流■2を差引いた値と
なる。したがって出力端子■1゜、■2゜の電圧は、一
方が高い場合は他方が低くなるように差動増幅されたも
のとなる。Here, the current of the series circuit of transistors T+ and Tz is 19
, the current of the series circuit of transistors Tx and Ta is 12, and the current of the current source ■ is Io, then L + It =
Io...(1), so I,=1. -1
.. ,, L = Io - It, and one current I+ is the value obtained by subtracting the other current ■2 from the current I0 of the current source I. Therefore, the voltages at the output terminals ■1° and ■2° are differentially amplified so that when one is high, the other is low.
そして差動増幅する一方及び他方のトランジスタT2及
びI4夫々の入力端子と出力電流との比、即ち増幅利得
に相当する相互コンダクタンスgm+g7□は、
〈但し、11はトランジスタT2の出力電流、I2はト
ランジスタT4の出力電流、V 11はトランジスタT
2の入力電圧、V21はトランジスタT4の入力電圧〉
で定義される。Then, the ratio of the input terminal and output current of one and the other transistors T2 and I4 for differential amplification, that is, the mutual conductance gm+g7□ corresponding to the amplification gain, is (where 11 is the output current of transistor T2, and I2 is the transistor Output current of T4, V11 is transistor T
The input voltage of transistor T4, V21, is defined as the input voltage of transistor T4.
ここで入力電圧”II+ v21を与えるトランジス
タT2.T、の各ソース側抵抗を夫々rs、11 r
s12とすると、相互コンダクタンスg0は、て表され
る。Here, the source side resistances of the transistor T2.T that provides the input voltage "II+v21" are rs and 11 r, respectively.
When s12 is assumed, the mutual conductance g0 is expressed as follows.
第3図は第1図に示した差動増幅器の入出力特性の一例
を示したものである。縦軸を出ツノ電流■112とし、
横軸を入力電圧差vII V21としている。この図
から明らかなように相互コンダクタンスgm+は、右上
りの曲線の傾きで示され、相互コンダクタンスg、は左
上りの曲線の傾きで示される。FIG. 3 shows an example of the input/output characteristics of the differential amplifier shown in FIG. 1. The vertical axis is the output horn current ■112,
The horizontal axis represents the input voltage difference vII V21. As is clear from this figure, the mutual conductance gm+ is shown by the slope of the curve rising to the right, and the mutual conductance g is shown by the slope of the curve rising to the left.
第2図に示す従来の差動増幅器は、相互コンダクタンス
g1+ gmzが一定で変化しない。したがって、差
動増幅器を動作させているときに相互コンダクタンスg
6を変化させたいという要求、例えばHopf 1el
d型ニユーラルネツトワークの収束条件に関連して変化
させる等の要求には応じ得ないという問題がある。In the conventional differential amplifier shown in FIG. 2, the transconductance g1+gmz is constant and does not change. Therefore, when operating the differential amplifier, the transconductance g
A request to change 6, e.g. Hopf 1el
There is a problem in that it is not possible to meet requests to change the convergence conditions of a d-type neural network.
本発明は斯かる問題に鑑み、増幅動作中に相互コンダク
タンスが変化する差動増幅器を提供することを目的とす
る。In view of this problem, the present invention aims to provide a differential amplifier in which mutual conductance changes during amplification operation.
本発明に係る差動増幅器は、負荷素子と、該負荷素子に
直列に接続されて互いに並列接続された複数個の差動増
幅トランジスタと、該差動増幅トランジスタの夫々のゲ
ートに連なる入力端子と、該入力端子と差動増幅トラン
ジスタのゲートとの間に夫々設けられたスイッチング素
子とからなることを特徴とする。A differential amplifier according to the present invention includes a load element, a plurality of differential amplification transistors connected in series to the load element and connected in parallel to each other, and an input terminal connected to each gate of the differential amplification transistor. , and switching elements provided between the input terminal and the gate of the differential amplification transistor.
並列接続された複数個の差動増幅トランジスタを導通制
御する。並列接続された差動増幅トランジスタ群のトラ
ンジスタソース側抵抗は、並列接続している各差動増幅
トランジスタのトランジスタソース側抵抗の和の逆数に
なる。並列接続された差動増幅トランジスタを選択して
導通制御すると、差動増幅トランジスタ群のトランジス
タソース側抵抗は選択した差動増幅トランジスタの数に
応じて変化し、それに応じた相互コンダクタンスになる
。Controls conduction of a plurality of differential amplification transistors connected in parallel. The transistor source side resistance of the differential amplification transistor group connected in parallel is the reciprocal of the sum of the transistor source side resistances of the differential amplification transistors connected in parallel. When differential amplification transistors connected in parallel are selected and conduction controlled, the transistor source side resistance of the differential amplification transistor group changes according to the number of selected differential amplification transistors, and the mutual conductance becomes corresponding thereto.
これにより、増幅動作中に差動増幅器の相互コンダクタ
ンスを変化させ得る。This allows the transconductance of the differential amplifier to be changed during amplification operation.
以下本発明をその実施例を示す図面により詳述する。第
1図は本発明に係る差動増幅器の回路図である。負荷ト
ランジスタである電界効果トランジスタ(以下トランジ
スタという) T + (T :+)と、差動増幅する
トランジスタT z (T 4)とを直列接続しており
、それらの両画列回路を並列接続している。トランジス
タT+ 、I3は、ドレインとゲートとを直結している
。トランジスタTI、T3 との接続部は電源端子VD
Dと接続されており、トランジスタT2とトランジスタ
T4との接続部は電流源Iを介して接地端子VSSと接
続されている。The present invention will be described in detail below with reference to drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 is a circuit diagram of a differential amplifier according to the present invention. A field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) T + (T:+), which is a load transistor, and a transistor T z (T 4) for differential amplification are connected in series, and both of these pixel circuits are connected in parallel. ing. The drains and gates of transistors T+ and I3 are directly connected. The connection part with transistors TI and T3 is the power supply terminal VD.
The connecting portion between the transistors T2 and T4 is connected to the ground terminal VSS via the current source I.
トランジスタT、とI2との接続部は出力端子■1゜と
接続され、トランジスタT3とI4との接続部は出力端
子v2゜と接続されている。第1のトランジスタT z
(第2のトランジスタT4.)には差動増幅するトラ
ンジスタT s (T 7) 、 T b (T 8)
が並列接続されている。入力端子VIA+ ■lB+
■ICはトラン/メタp、、p2.p3を各別に介
してトランジスタTz 、Ts 、Tbのゲートと接続
されており、入力端子■2A+ ■2B+ V2C
はトランジスタP4.Ps、P6を各別に介してトラン
ジスタT4T7.T、のゲートと接続されている。The connecting portion between the transistors T and I2 is connected to the output terminal ■1°, and the connecting portion between the transistors T3 and I4 is connected to the output terminal v2°. First transistor Tz
(second transistor T4) includes transistors T s (T 7) and T b (T 8) for differential amplification.
are connected in parallel. Input terminal VIA+ ■lB+
■IC is Tran/Meta p, p2. It is connected to the gates of transistors Tz, Ts, and Tb through p3 separately, and the input terminal ■2A+ ■2B+ V2C
is transistor P4. Transistors T4T7 . It is connected to the gate of T.
このように構成した差動増幅器においてその電源端子■
DDに電源電圧を与え、接地端子VSSに接地電圧を与
えて入力端子vlA+ VIB+ VICとVIA
V 2R+ V 2Cとの間に差動増幅すべき電圧を
与え、また、例えばトランジスタPl、Pz 、Pl及
びP4.Ps、Pbをオンさせると、入力端子V 1
p。In the differential amplifier configured in this way, its power supply terminal ■
Apply power supply voltage to DD, apply ground voltage to ground terminal VSS, and connect input terminals vlA+ VIB+ VIC and VIA.
A voltage to be differentially amplified is applied between V 2R+V 2C, and transistors Pl, Pz, Pl and P4 . When Ps and Pb are turned on, the input terminal V 1
p.
V 1.V IC及びVIA、 VzE、 Vzc
(7)電圧がトランジスタTb 、Ts 、Tz及びト
ランジスタT8゜T、、T、のゲートへ人力されて、ト
ランジスタTb 、Ts 、Tz及びT8.T? 、T
sにより差動増幅し、増幅された出力電圧を出力端子V
IO。V1. V IC and VIA, VzE, Vzc
(7) Voltage is applied to the gates of transistors Tb, Ts, Tz and transistors T8°T, , T, and the voltages are applied to the gates of transistors Tb, Ts, Tz and T8. T? , T
differentially amplified by s, and the amplified output voltage is applied to the output terminal V
I.O.
■2゜へ出力する。■Output to 2°.
ここで、並列接続されているトランジスタT2T s
、 T b又はT4 、T? 、TsO数をNとし、そ
のうち差動増幅させているトランジスタの数をnとする
と、差動増幅させているトランジスタかn個のときの並
列接続しているトランジスタ群のトランジスタソース側
抵抗は、N個のトランジスタの全てにより差動増幅させ
ているときのトランジスタソース側抵抗のN / nに
なる。Here, the transistors T2T s connected in parallel
, T b or T4 , T? , the number of TsO is N, and the number of transistors that are differentially amplified is n, then the transistor source side resistance of a group of transistors connected in parallel when there are n transistors that are differentially amplified is N N/n of the transistor source side resistance when differential amplification is performed by all of the transistors.
即ち、例えば並列接続された3個のトランジスタTb
、Ts 、Tz及びトランジスタT、、T。That is, for example, three transistors Tb connected in parallel.
, Ts, Tz and transistors T,,T.
T4のうちの2個のトランジスタT6.T5及びTs
、T7をオンさせると、トランジスタT6Ts、Tzか
らなるトランジスタ群及びトランジスタT8.T? 、
T4からなるトランジスタ群夫々のトランジスタソース
側抵抗は、全トランジスタT6.Ts 1T2及びTo
、T7 、T4をオンさせたときのトランジスタ群夫
々のトランジスタソース側抵抗の372になって増加す
る。ところで差動増幅するトランジスタのソース側抵抗
と差動増幅器の相互コンダクタンスとの関係は前述した
ように差動増幅器の相互コンダクタンスは差動増幅する
トランジスタのソース側抵抗の逆数になることから、ト
ランジスタソース側抵抗が372に増加すると差動増幅
器の相互コンダクタンスは2/3に減少することになる
。したがって、差動増幅するトランジスタTi、、Ts
3 T2及びTa 、T?T4を、トランジスタP+
、Pz 、Pl及びP4゜Pl、Pbを選択的にオン
させることによりオンさせ得て、差動増幅しているトラ
ンジスタの個数nを適宜変更できる。それにより差動増
幅動作中に、差動増幅器の相互コンダクタンスを変化さ
せることができる。Two transistors T6 of T4. T5 and Ts
, T7 are turned on, a transistor group consisting of transistors T6Ts and Tz and transistors T8 . T? ,
The transistor source side resistance of each transistor group consisting of T4 is equal to that of all transistors T6. Ts 1T2 and To
, T7, and T4 increase to 372, which is the transistor source side resistance of each transistor group when turned on. By the way, the relationship between the source side resistance of the transistor for differential amplification and the mutual conductance of the differential amplifier is that, as mentioned above, the mutual conductance of the differential amplifier is the reciprocal of the source side resistance of the transistor for differential amplification. If the side resistance increases to 372, the transconductance of the differential amplifier will decrease by 2/3. Therefore, the transistors Ti, , Ts for differential amplification
3 T2 and Ta, T? T4 is a transistor P+
, Pz, Pl and P4°Pl, Pb can be turned on by selectively turning on, and the number n of transistors performing differential amplification can be changed as appropriate. Thereby, the transconductance of the differential amplifier can be changed during differential amplification operation.
なお、トランジスタP+ 、Pz 、Pl及びP4゜P
9.Pbのしきい値電圧がIVになるようにトランジス
タP l、P2 、Pl及びPa 、Ps 、 Pb
を形成するとトランジスタP+ 、Pz 、Ps 及び
P、、Pb、pbはlVを超えるとオンする。Note that transistors P+, Pz, Pl and P4゜P
9. Transistors P l, P2, Pl and Pa, Ps, Pb such that the threshold voltage of Pb is IV
, transistors P+, Pz, Ps and P, , Pb, pb turn on when the voltage exceeds 1V.
この場合、差動増幅器の相互コンダクタンスを、P+
、Pz 、Ps及びP4 、Pl、P、>IVを基準に
して1/3.2/3. 1倍と段階的に変化させ得るこ
とになる。In this case, the transconductance of the differential amplifier is defined as P+
, Pz , Ps and P4 , Pl, P, >IV based on 1/3.2/3. This means that it can be changed stepwise by a factor of 1.
また、トランジスタP+ 、P2.Ps及びP4P3.
Pbのしきい値電圧をP Ivth l P 2vth
IP 3vth + P 4VL、+ P 5vt
h + P bvthとした場合、P 、vth= P
2v、、= P 、vt、= P avth= P
5vth−P hvth=IVとし、トランジスタP+
、Pz及びP4゜Pbのゲートに5■を印加し、トラン
ジスタP3及びPbのゲートには0■を印加して、トラ
ンジスタP+ 、Pz 、Pl及びP4.Ps 、Pb
のL/Wを1/10にして所期の目的を達成することが
できた。なお、トランジスタP1.P2.P3及びP4
、Ps 、PbにはNチャネルトランジスタを用いた
。Also, transistors P+, P2 . Ps and P4P3.
The threshold voltage of Pb is P Ivth l P 2vth
IP 3vth + P 4VL, + P 5vt
When h + P bvth, P , vth = P
2v,,=P,vt,=Pavth=P
5vth-P hvth=IV, transistor P+
, Pz and P4.applying 5■ to the gates of Pb, and applying 0■ to the gates of transistors P3 and Pb, transistors P+, Pz, Pl and P4. Ps, Pb
The desired objective was achieved by reducing the L/W to 1/10. Note that the transistor P1. P2. P3 and P4
, Ps, and Pb were N-channel transistors.
このような差動増幅器は、シリコン半導体結晶基板上で
SiMOS電界効果トランジスタを構成要素として形成
できる。Such a differential amplifier can be formed using SiMOS field effect transistors as constituent elements on a silicon semiconductor crystal substrate.
そしてトランジスタを形成するのに、従来の半導体プロ
セス技術を用いることができる。Conventional semiconductor processing techniques can then be used to form the transistor.
なお、本実施例では差動増幅するトランジスタの導通制
御をトランジスタを用いて行ったが、マイクロコンピュ
ータにより導通制御させてもよい。In this embodiment, the conduction of the transistors for differential amplification is controlled using transistors, but the conduction may be controlled by a microcomputer.
また、負荷トランジスタに単なる抵抗を用いてもよい。Alternatively, a simple resistor may be used as the load transistor.
〔発明の効果]
以上詳述したように本発明によれば、差動増幅する並列
接続された複数のトランジスタを選択的に導通制御して
、並列接続されたトランジスタ群のトランジスタソース
側抵抗を変化させ、差動増幅器の相互コンダクタンスを
適宜に変化させることができる。そして相互コンダクタ
ンスが可変の差動増幅器を提供できる。[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, the conduction of a plurality of parallel-connected transistors for differential amplification is selectively controlled, and the transistor source side resistance of a group of parallel-connected transistors is changed. It is possible to change the mutual conductance of the differential amplifier as appropriate. In addition, a differential amplifier with variable transconductance can be provided.
それにより、例えばHopfield型ニューラルネッ
トワークを形成するのに適合させることができる差動増
幅器が得られるという優れた効果を奏する。This has the advantageous effect of providing a differential amplifier that can be adapted, for example, to form a Hopfield neural network.
第1図は本発明に係る差動増幅器の回路図、第2図は従
来の差動増幅器の回路図、第3図は相互コンダクタンス
の変化を示す曲線図である。
T + 、 T 2〜T8・・・電界効果トランジスタ
VIA 、 VBI 、 Vlc、 V2A 、 V2
B 、 V2C・・・入力端子■1゜、v2゜・・・出
力端子 ■。D・・・電源端子v s s ・・’接地
端子 P+ 、Pz 、P3 、P4 、Ps 。
P、・・・電界効果トランジスタ I・・・電流源第
DD
図
第
図FIG. 1 is a circuit diagram of a differential amplifier according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional differential amplifier, and FIG. 3 is a curve diagram showing changes in mutual conductance. T+, T2 to T8...Field effect transistor VIA, VBI, Vlc, V2A, V2
B, V2C...input terminal ■1゜, v2゜...output terminal ■. D...Power terminal vss...'Ground terminal P+, Pz, P3, P4, Ps. P,...Field effect transistor I...Current source Fig. DD
Claims (1)
並列接続された複数個の差動増幅トランジスタと、該差
動増幅トランジスタの夫々のゲートに連なる入力端子と
、該入力端子と差動増幅トランジスタのゲートとの間に
夫々設けられたスイッチング素子とからなる差動増幅器
。1. A load element, a plurality of differential amplification transistors connected in series to the load element and connected in parallel to each other, an input terminal connected to each gate of the differential amplification transistor, and a differential amplifier connected to the input terminal. A differential amplifier consisting of a switching element provided between the gate of an amplification transistor and each switching element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22329590A JPH04105121A (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22329590A JPH04105121A (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Differential amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04105121A true JPH04105121A (en) | 1992-04-07 |
Family
ID=16795905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22329590A Pending JPH04105121A (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Differential amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04105121A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2009078112A1 (en) * | 2007-12-19 | 2011-04-28 | パナソニック株式会社 | Operational amplifier, pipelined AD converter |
-
1990
- 1990-08-24 JP JP22329590A patent/JPH04105121A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2009078112A1 (en) * | 2007-12-19 | 2011-04-28 | パナソニック株式会社 | Operational amplifier, pipelined AD converter |
| US7940121B2 (en) | 2007-12-19 | 2011-05-10 | Panasonic Corporation | Operational amplifier and pipeline AD converter |
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