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JPH11330867A - Bias circuit for CMOS amplifier and method for adjusting channel length of MOS transistor in bias circuit - Google Patents

Bias circuit for CMOS amplifier and method for adjusting channel length of MOS transistor in bias circuit

Info

Publication number
JPH11330867A
JPH11330867A JP11067150A JP6715099A JPH11330867A JP H11330867 A JPH11330867 A JP H11330867A JP 11067150 A JP11067150 A JP 11067150A JP 6715099 A JP6715099 A JP 6715099A JP H11330867 A JPH11330867 A JP H11330867A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amplifier
channel length
transistors
bias
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11067150A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koso Ri
康 湊 李
Seiiku Ko
盛 郁 黄
Heiretsu Zen
炳 烈 全
Seung-Hoon Lee
承 勲 李
Daiichi Go
大 一 呉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Electronics Industries Co Ltd filed Critical Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Publication of JPH11330867A publication Critical patent/JPH11330867A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
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    • HELECTRICITY
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    • H03F3/45Differential amplifiers
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    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0123Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0165Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs the components including complementary IGFETs, e.g. CMOS devices
    • H10D84/0167Manufacturing their channels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧が3Vから5V水準まで任意に変化
しても、バイアス回路を構成するトランジスタ等のチャ
ネル長さを選択的に調整して、CMOS演算増幅器及び
比較器のようなアナログ/混成モード回路の性能を一定
に維持する。 【解決手段】 増幅器を直接駆動する部分は、短いチャ
ネル長さを有するトランジスタ等を用い、この以外の部
分は長いチャネルを有するトランジスタ等を選択的に用
いて短いチャネル効果を減らすことによって、電源電圧
の変化に対してほぼ一定した性能を得ることができる。
増幅器バイアス回路に適用されるトランジスタのチャネ
ル長さ調整技法は、短いチャネル効果及び電流の不整合
等を減らし、電源電圧に独立的なバイアス電流が得られ
るようにする。
(57) Abstract: Even if a power supply voltage is arbitrarily changed from 3 V to 5 V, a channel length of a transistor or the like constituting a bias circuit is selectively adjusted to provide a CMOS operational amplifier and a comparator. The performance of such analog / mixed mode circuits is kept constant. SOLUTION: A part directly driving an amplifier uses a transistor having a short channel length or the like, and the other part selectively uses a transistor or the like having a long channel to reduce a short channel effect. Almost constant performance can be obtained with respect to the change of.
The technique of adjusting the channel length of the transistor applied to the amplifier bias circuit reduces short channel effects, current mismatch, and the like, so that a bias current independent of the power supply voltage can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS増幅器の
バイアス回路に関するもので、特にCMOS増幅器のバ
イアス回路を構成するバイアストランジスタのチャネル
長さを選択的に調整して動作性能を向上させる、CMO
S増幅器のバイアス回路及びそのバイアス回路内のMO
Sトランジスタのチャネル長さ調整方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bias circuit for a CMOS amplifier, and more particularly to a CMO for selectively adjusting a channel length of a bias transistor constituting a bias circuit of a CMOS amplifier to improve an operation performance.
S amplifier bias circuit and MO in the bias circuit
The present invention relates to a method for adjusting the channel length of an S transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、CMOSアナログ/混成モー
ド(mixed-mode)回路ブロックで最も核心となる基本ブロ
ック等の1つであるCMOS増幅器や比較器等は、MO
Sトランジスタ、キャパシタ及びスイッチ等の組合によ
り多様な応用が可能である。併せて、CMOS増幅器
は、A/D変換器(アナログ/デジタル変換器)、D/
A変換器(デジタル/アナログ変換器)等のシステム入
出力インタフェース回路をはじめとして、PLL(Phase
Locked Loop)、フィルター等その応用範囲が非常に広
い。
2. Description of the Related Art In general, CMOS amplifiers and comparators, which are one of the most basic basic blocks in a CMOS analog / mixed-mode circuit block, have an MO.
Various applications are possible by combining S transistors, capacitors and switches. At the same time, the CMOS amplifier has an A / D converter (analog / digital converter), a D /
PLL (Phase) including system input / output interface circuits such as A converter (digital / analog converter)
Locked Loop), filters, etc., have a very wide range of applications.

【0003】従って、電源電圧が変化しても、一定した
性能を維持することができるCMOS増幅器の具現は、
別のデジタルブロックと共にセルライブラリへの使用を
容易にし、応用の多様化を図ることができる。最近、工
程の発達による小型化、低電圧、低電力化の趨勢と共に
よりよい性能のために、デジタル回路とアナログ回路と
が1つのチップの中に併存する混成モード回路設計の要
求が漸次増加しており、これは、移動通信装備、ノート
ブック等と共に、低電力システムに対する需要を大きく
増加させた。
Accordingly, a CMOS amplifier capable of maintaining a constant performance even when the power supply voltage changes is implemented as follows.
It can be easily used for a cell library together with another digital block, and diversification of applications can be achieved. Recently, a demand for a hybrid mode circuit design in which a digital circuit and an analog circuit coexist on a single chip has been gradually increased due to the trend of miniaturization, low voltage, and low power due to the progress of the process and better performance. This, along with mobile communications equipment, notebooks, etc., has greatly increased the demand for low power systems.

【0004】これと関連して、現在多様な低電力回路設
計技法等がデジタル及びアナログ領域で研究、開発され
ている。例えば、アナログとデジタル回路が共存する大
規模の混成モード集積回路システムで、電力消耗が非常
に多いブロックとして増幅器または演算増幅器のような
アナログ回路を上げることができ、低電力システムの具
現のためには、これに対する低電力回路の設計が必須で
ある。これを全体システムの側面において解決する方法
中の1つとして、いく段から構成された既存のパイプラ
イン構造のA/D変換器システムで、1つの演算増幅器
を隣接した端で共有する構造が提案されたことがある。
In connection with this, various low power circuit design techniques and the like are currently being researched and developed in the digital and analog domains. For example, in a large-scale mixed mode integrated circuit system in which analog and digital circuits coexist, an analog circuit such as an amplifier or an operational amplifier can be used as a block with extremely high power consumption. Requires a low-power circuit design. As one of the methods for solving this from the aspect of the whole system, there is proposed a structure in which one operational amplifier is shared by adjacent ends in an existing pipelined A / D converter system composed of several stages. Have been.

【0005】これは1つの端に入力される信号電圧をオ
ープンループ形態でサンプリングする間は、増幅器が使
用されない動作上の特性を用いたことであって、相反す
るクロックで動作する隣接した端で使用するようにし
て、全体システムの面積と消耗電力を減少させたもので
ある。
[0005] This is because during the sampling of the signal voltage input to one end in an open-loop manner, an operational characteristic in which an amplifier is not used is used. By using it, the area and power consumption of the entire system are reduced.

【0006】しかし、増幅器の共有のために追加された
多くのスイッチの直列抵抗及び寄生キャパシタンス等に
より定着時間(settling time)に悪影響を及ぼす場合が
あり、システムの設計時にレイアウトが複雑となるとい
う短所がある。
However, the series resistance and the parasitic capacitance of many switches added for sharing the amplifier may adversely affect the settling time, and the layout becomes complicated when the system is designed. There is.

【0007】このような回路構造の変更なく、システム
の電力消耗を減少させるための最も効果的な方法中の1
つとして低い電源電圧がよく使用されており、これはデ
ジタルブロックに特に有利である。アナログ/混成モー
ド回路の設計で、アナログ及びデジタルブロックに同じ
レベルの電源電圧を用いることは、追加される電源電圧
の必要性を無くすので、全体システムの費用を節減させ
ることができる。
One of the most effective ways to reduce system power consumption without changing the circuit structure is one of the most effective methods.
On the other hand, low power supply voltages are often used, which is particularly advantageous for digital blocks. Using the same level of power supply voltage for the analog and digital blocks in the design of the analog / mixed mode circuit eliminates the need for an additional power supply voltage, thereby reducing overall system cost.

【0008】しかし、多様なマルチメディアシステムに
使用される既存のセルライブラリ等は、ほとんどそれぞ
れの動作に適合した電源電圧が既に決められている。従
って、増幅器のようなアナログブロックは、回路設計に
対する別途の考慮のない場合、かえって低い電源電圧の
使用により高い電圧利得及び大きい出力信号余裕を得る
ことが難しくなる等の性能の減少を伴う。
However, in existing cell libraries used for various multimedia systems, power supply voltages suitable for almost all operations have already been determined. Therefore, an analog block such as an amplifier is accompanied by a decrease in performance such that it is difficult to obtain a high voltage gain and a large output signal margin by using a low power supply voltage, unless otherwise considered in circuit design.

【0009】特に、増幅器の性能に影響を与える可能性
のあるバイアス回路の場合、最近工場の発達により、関
連素子等がサブマイクロン化していく趨勢において、短
いチャネル効果(short channel effect)により、使用さ
れた電源電圧によるバイアス電流が非常に多く変化す
る。
In particular, in the case of a bias circuit which may affect the performance of an amplifier, the use of a short channel effect due to the tendency of related elements and the like to become submicron due to recent factory development has led to the use of a short channel effect. The bias current due to the supplied power supply voltage changes very much.

【0010】このように用いられた電源電圧によって性
能が変化できる回路ブロックは、一定した性能を維持す
るために用いられた電源電圧に合わせて再設計しなけれ
ばならないので、電源電圧が変化しても大部分独立的に
動作性能を維持することができるように回路を設計する
ことは、応用の多様化のために必須である。
The circuit block whose performance can be changed by the power supply voltage used in this manner must be redesigned in accordance with the power supply voltage used to maintain a constant performance. It is indispensable to design circuits so that the operation performance can be maintained almost independently of each other in order to diversify applications.

【0011】演算増幅器に設計時と大きさの異なる電源
電圧が用いられると、サブマイクロン工程の弱味である
短いチャネル効果とそれによる電流不整合等とにより、
一定した性能を維持し難い。電流反復器(current mirro
r)から構成された典型的な増幅器バイアス回路における
全てのMOSトランジスタ等は、バイアス電流間の不整
合を減少させるために、できるだけ同一サイズのチャネ
ル長さを有するように設計されてきた。
If a power supply voltage having a magnitude different from that at the time of design is used for the operational amplifier, the short channel effect, which is a weak point of the submicron process, and the resulting current mismatch, etc.
It is difficult to maintain constant performance. Current mirro
All MOS transistors and the like in a typical amplifier bias circuit composed of r) have been designed to have the same size channel length as much as possible in order to reduce the mismatch between bias currents.

【0012】しかし、電源電圧が増加するか減少する場
合、短いチャネル効果の影響による出力インピーダンス
の変化により大きい電流不整合が発生し、これは演算増
幅器の信号対雑音比(SNR)等の性能変化に直結す
る。
However, when the power supply voltage increases or decreases, a change in output impedance due to the influence of the short channel effect causes a large current mismatch, which is caused by a change in performance of the operational amplifier such as a signal-to-noise ratio (SNR). Directly connected to

【0013】このような短いチャネル効果は、チャネル
長さが長いトランジスタの使用により減少させ得る一
方、増幅器を直接駆動するトランジスタ等は、増幅器に
用いられるトランジスタとチャネル長さが同一でなけれ
ばならない。一方、増幅器に用いられるトランジスタの
チャネル長さは、十分な電圧利得が保障される限り、短
いほど寄生キャパシタンス等が減少されて高速の性能が
得られる。
While such short channel effects can be reduced by the use of long channel length transistors, transistors that directly drive the amplifier, etc., must have the same channel length as the transistors used in the amplifier. On the other hand, the shorter the channel length of the transistor used in the amplifier, the more the voltage gain is ensured, the smaller the parasitic capacitance and the like, so that high-speed performance can be obtained.

【0014】図1にMOSトランジスタ等を用いる一般
的な相補差動重配列カスコード(folded-cascode)増幅器
が図示されている。増幅器の入力端は6個のトランジス
タ(M1−M6)から構成され、入力が印加される相補
入力対のトランジスタ(M2、M3)及びトランジスタ
(M4、M5)は、各入力対の整合を向上させつつ、最
小限の大きさで最大限の信号帯域幅を得るために、通常
最小限のチャネル長さを有する構造を用いる。
FIG. 1 shows a general complementary differential cascode amplifier using MOS transistors or the like. The input of the amplifier is composed of six transistors (M1-M6), and the transistors (M2, M3) and transistors (M4, M5) of the complementary input pair to which the inputs are applied improve the matching of each input pair. In order to obtain a maximum signal bandwidth with a minimum size, a structure having a minimum channel length is usually used.

【0015】信号帯域幅は、入力対のトランスコンダク
タンス(transconductance)gmに直接比例し、このgm
は入力対MOSトランジスタの大きさ比である{W(チ
ャネル幅)/L(チャネル長さ)}1/2に比例するの
で、チャネル長さLを最小限の値を使用して始めてチャ
ネル幅Wも必要なだけの小さい値を用いることができ
る。
The signal bandwidth is directly proportional to the transconductance gm of the input pair, which gm
Is proportional to {W (channel width) / L (channel length)} 1/2 which is the size ratio of the input to the MOS transistor. Can be used as small as necessary.

【0016】出力端は8個のトランジスタ(M7−M1
4)を用いたカスコード(cascode)構造からなり、トラ
ンジスタ等のチャネル長さは、十分に高い電圧利得を得
ながら、同時に寄生キャパシタンスを減らすために、最
小チャネル長さよりはさらに長いチャネル長さを用いる
構造に決定される。
The output terminal has eight transistors (M7-M1).
4) The channel length of a transistor or the like uses a channel length longer than the minimum channel length in order to obtain a sufficiently high voltage gain and at the same time reduce parasitic capacitance. Determined by the structure.

【0017】このカスコード出力端に電流を供給するト
ランジスタ(M7)(M8)をはじめとして、二入力対
に電流を供給するトランジスタ(M1)(M6)は、相
互間に一定した電圧比率を維持することができるよう
に、典型的に同一チャネル長さ(L1)を用いる。なぜ
ならば、MOSトランジスタを用いた回路で、電流はW
/Lの比率に正確に比例して流れるからである。この電
流を一定に維持する最も効果的でありながら低費用の方
法は、チャネル長さLを固定させて、チャネル幅Wのみ
を調整して電流の大きさを調整することである。
The transistors (M7) and (M8) that supply current to the cascode output terminal and the transistors (M1) and (M6) that supply current to the two input pairs maintain a constant voltage ratio therebetween. Typically use the same channel length (L1). Because, in a circuit using MOS transistors, the current is W
This is because they flow exactly in proportion to the ratio of / L. The most effective but inexpensive way to maintain this current constant is to fix the channel length L and adjust only the channel width W to adjust the current magnitude.

【0018】また、チャネル長さLは、寄生キャパシタ
ンス及びチップ面積の増加等の不正的な効果を最小化す
るために、最少チャネル長さを用いると、同一W/L比
率に対してチャネル幅を減らすことができるという肯定
的な面もあり、短いチャネル工程から発生するドレイン
電圧による電流変化、即ち、短いチャネル効果を最小化
するためには、その工程で定義される最少チャネル長さ
よりは長いチャネルを用いる必要がある。
When the minimum channel length is used in order to minimize erroneous effects such as an increase in parasitic capacitance and chip area, the channel width L is set to a value corresponding to the channel width for the same W / L ratio. There is also a positive aspect that it is possible to reduce the current change due to the drain voltage generated from the short channel process, that is, in order to minimize the short channel effect, the channel longer than the minimum channel length defined in the process Must be used.

【0019】即ち、二入力対(M2、M3)(M4、M
5)に電流を供給するトランジスタ(M1、M6)も相
互間の一定した電流比率を維持しつつ、寄生キャパシタ
ンス及びチャネル長さ対幅の比率W/Lに比例するチッ
プ面積の増加等の不正的な効果を最小化するためにでき
るだけ短いチャネルを用いるが、短いチャネル工程で
は、ドレイン電圧による電流変化を考えて、最小チャネ
ル長さよりはある程度長いチャネル(L1)を用いる。
該チャネル長さ(L1)をPMOS及びNMOSトラン
ジスタに対して同一である必要はないが、設計の便宜上
に同一値を用い、異なる値を用いるとしても回路設計の
原則は同一である。
That is, two input pairs (M2, M3) (M4, M
5) The transistors (M1, M6) that supply current to the current also maintain a constant current ratio between each other, and increase the chip area in proportion to the parasitic capacitance and the channel length to width ratio W / L. In order to minimize the effect, a channel as short as possible is used, but in the short channel process, a channel (L1) which is somewhat longer than the minimum channel length is used in consideration of a current change due to a drain voltage.
The channel length (L1) does not need to be the same for the PMOS and NMOS transistors, but the same value is used for convenience of design, and the principle of circuit design is the same even if different values are used.

【0020】共通モード帰還ブロック(CMFB)は、
完全差動構造の増幅器で安定した出力電圧の共通モード
を維持する回路である。典型的な共通モード帰還ブロッ
ク(CMFB)は、連続的な電流の駆動を必要としなが
らクロックを用いない形態であるスタティック(static)
共通モード帰還ブロック(CMFB)と、キャパシタ及
びクロック等を用いて電極消耗を減らしたダイナミック
(dynamic)共通モード帰還ブロック(CMFB)の2種
類の構造があり、二形態の全てが使用可能である。図1
の回路では、ダイナミック共通モード帰還ブロックの構
造を用いる。
The common mode feedback block (CMFB)
This is a circuit that maintains a common mode of a stable output voltage with a fully differential structure amplifier. A typical common mode feedback block (CMFB) is a static, non-clocked configuration that requires continuous current drive.
Dynamic mode with reduced electrode consumption using common mode feedback block (CMFB), capacitors and clocks
There are two types of (dynamic) common mode feedback blocks (CMFB), all of which can be used. FIG.
Circuit uses the structure of a dynamic common mode feedback block.

【0021】図2に、前記図1のCMOS増幅器に動作
電流を供給するための従来のバイアス回路が図示され
る。外部から供給される基準電流をIBSINで表示
し、各バイアス電圧を決定するMOSトランジスタに流
れる電流をIBS1からIBS5までで表示する。併せ
て、第1及び第2バイアス電圧(BIAS2、BIAS
5)は、増幅器内の各MOSトランジスタ等の動作領域
と増幅器の出力余裕とを十分に保障することができる電
圧であり、第5バイアス電圧(BIAS5)は、増幅器
出力の共通モードを維持するための電圧である。第5バ
イアス電圧(BIAS5)は、第4バイアス電圧(BI
AS4)と類似した電圧を有し、互いに共有して1つの
バイアス電圧を使用することができるが、クロックによ
る反復的なスイッチング動作が必要なダイナミック共通
モード帰還ブロックだけでなく、スタティック共通モー
ド帰還ブロックを用いる場合もより安定的な増幅器動作
のために別途に用いる。
FIG. 2 shows a conventional bias circuit for supplying an operating current to the CMOS amplifier of FIG. The reference current supplied from the outside is indicated by IBSIN, and the current flowing through the MOS transistor that determines each bias voltage is indicated by IBS1 to IBS5. At the same time, the first and second bias voltages (BIAS2, BIAS
5) is a voltage that can sufficiently ensure an operation area of each MOS transistor and the like in the amplifier and an output margin of the amplifier. The fifth bias voltage (BIAS5) is for maintaining a common mode of the amplifier output. Voltage. The fifth bias voltage (BIAS5) is equal to the fourth bias voltage (BIAS5).
AS4) and a common common mode feedback block, which can share one bias voltage with each other but requires a repetitive switching operation by a clock, as well as a static common mode feedback block. Is used separately for more stable amplifier operation.

【0022】増幅器に必要な動作電流を供給する第1及
び第4バイアス電圧(BIAS1)(BIAS4)は、
増幅器に電流を供給する電流ミラー(current mirror)ト
ランジスタ等を直接駆動するので、増幅器の性能を直接
的に変化させる。従って、増幅器の設計で第1バイアス
電流(IBS1)及び第4バイアス電流(IBS4)が
特に重要であり、各電流間で電流不整合が小さくなけれ
ばいけない。
The first and fourth bias voltages (BIAS1) and (BIAS4) for supplying the necessary operating current to the amplifier are:
The direct drive of a current mirror transistor or the like that supplies current to the amplifier directly changes the performance of the amplifier. Therefore, the first bias current (IBS1) and the fourth bias current (IBS4) are particularly important in the design of the amplifier, and the current mismatch between the currents must be small.

【0023】一方、前記のようなバイアス回路に用いら
れた電流ミラーを構成する全てのトランジスタのチャネ
ル長さは、増幅器に用いられたトランジスタのチャネル
長さと同一長さL1を用いた。
On the other hand, as for the channel length of all the transistors constituting the current mirror used in the above bias circuit, the same length L1 as the channel length of the transistor used in the amplifier was used.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】従って、回路の動作途
中で電源電圧VDD及びVSSが変化する場合、ゲート
及びドレインが連結されてダイオードにより動作するト
ランジスタ等(MP2、MP3、MP6、MN1、MN
4、MN5)を通して流れる電流に比して、電流反復器
に連結されてドレインが開いているトランジスタ等(M
P1、MP4、MP5、MN2、MN3)を通して流れ
る電流は、短いチャネル効果によりドレインの電圧変化
によって非常に大きい変化をもたらすことになる。この
ようなバイアス回路における電圧及び電流の変化は、す
ぐに増幅器の電流反復器に直結されて、増幅器の性能に
直接的な影響を与えるようになる。
Therefore, when the power supply voltages VDD and VSS change during the operation of the circuit, transistors and the like (MP2, MP3, MP6, MN1, MN) having gates and drains connected and operated by diodes.
4, MN5), compared to the current flowing through the transistor (M
The current flowing through P1, MP4, MP5, MN2, MN3) will cause a very large change due to the change in drain voltage due to the short channel effect. The change in voltage and current in such a bias circuit is immediately linked to the current repeater of the amplifier, and has a direct effect on the performance of the amplifier.

【0025】このようなバイアス回路のドレイン電圧変
化によるバイアス及び増幅器回路の電流変化の影響は、
バイアス回路の全てのトランジスタ等のチャネル長さを
L1より十分にさらに大きくして、根本的に最小化する
ことができる。その反面、ダイオードにより動作するト
ランジスタ等(MP2、MP3、MP6、MN1、MN
4、MN5)は、増幅器と直接連結されているので、チ
ャネル長さの調整が不可能である。
The influence of the bias and the current change of the amplifier circuit due to the change of the drain voltage of the bias circuit is as follows.
The channel length of all the transistors and the like of the bias circuit can be made much larger than L1, and can be fundamentally minimized. On the other hand, transistors and the like operated by diodes (MP2, MP3, MP6, MN1, MN
4, MN5) is directly connected to the amplifier, so that the channel length cannot be adjusted.

【0026】例えば、図2のNMOSトランジスタ等
(MN2、MN3、MN4)のチャネル長さは、電流整
合のためには同一になる必要があり、増幅器を駆動する
トランジスタ(MN4)のチャネル長さは、要望しない
増幅器側の寄生成分を減らすために、L1のような比較
的に短いチャネル長さを使用しなければならない反面、
トランジスタ(MN2、MN3)のドレインモード側の
短いチャネル長さの効果を減少させようとすれば、長い
チャネルを使用しなければならない。
For example, the channel lengths of the NMOS transistors and the like (MN2, MN3, MN4) in FIG. 2 need to be the same for current matching, and the channel length of the transistor (MN4) for driving the amplifier is In order to reduce unwanted parasitic components on the amplifier side, a relatively short channel length such as L1 must be used.
In order to reduce the effect of the short channel length on the drain mode side of the transistors (MN2, MN3), a long channel must be used.

【0027】しかし、前記ような構造を有する従来のバ
イアス回路は、電流ミラーを構成する全てのトランジス
タのチャネル長さが、増幅器に用いられたトランジスタ
のチャネル長さと同一(L1)なので、電圧の変化時に
増幅器の性能に悪影響を与えて、増幅器の性能を低下さ
せていた。
However, in the conventional bias circuit having the above-described structure, the channel length of all the transistors constituting the current mirror is the same as the channel length of the transistor used in the amplifier (L1). Sometimes, the performance of the amplifier is adversely affected, and the performance of the amplifier is degraded.

【0028】本発明は、前記のような従来のCMOS増
幅器のバイアス回路から発生する諸般問題点を解決する
ために提案されたもので、本発明の目的は、別途の回路
構造の変更なく、非常に簡単な方法により電源電圧の変
化にほぼ一定した増幅器の性能を維持することができ
る、CMOS増幅器のバイアス回路及びそのバイアス回
路内のMOSトランジスタのチャネル長さの調整方法を
提供することにある。本発明の他の目的は、CMOS演
算増幅器のバイアス回路に印加される電源電圧が変化す
る場合に発生する可能性のあるバイアス電流の不整合を
最小化することによって、演算増幅器の動作条件及び性
能等を一定に維持し、その応用を多様化させ得るCMO
S増幅器のバイアス回路及びそのバイアス回路内のMO
Sトランジスタのチャネル長さの調整方法を提供するこ
とにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned various problems caused by the conventional bias circuit of the CMOS amplifier. Another object of the present invention is to provide a bias circuit for a CMOS amplifier and a method for adjusting the channel length of a MOS transistor in the bias circuit, which can maintain the performance of the amplifier substantially constant against a change in power supply voltage by a simple method. It is another object of the present invention to minimize the operating conditions and performance of operational amplifiers by minimizing the bias current mismatch that can occur when the power supply voltage applied to the bias circuit of a CMOS operational amplifier changes. CMO that can maintain various parameters and diversify its applications
S amplifier bias circuit and MO in the bias circuit
An object of the present invention is to provide a method for adjusting the channel length of an S transistor.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するための本発明に係るCMOS増幅器のバイアス回路
は、前記増幅器のトランジスタ等にバイアス電圧を供給
する多数のバイアストランジスタと、前記多数のバイア
ストランジスタに電流を提供するために電流ミラーを形
成する多数の電流ミラートランジスタと、前記多数の電
流ミラートランジスタを駆動する多数の電流ミラー駆動
トランジスタとから構成されることを特徴とするもので
ある。
According to the present invention, there is provided a bias circuit for a CMOS amplifier, comprising: a plurality of bias transistors for supplying a bias voltage to a transistor of the amplifier; It comprises a plurality of current mirror transistors forming a current mirror for providing a current to the bias transistor, and a plurality of current mirror driving transistors driving the plurality of current mirror transistors.

【0030】また、前記多数のバイアストランジスタの
チャネル長さは、そのバイアス電圧の供給を受け増幅器
を構成するトランジスタのチャネル長さと同一であるこ
とを特徴とするものである。
Further, the channel length of the plurality of bias transistors is the same as the channel length of the transistor constituting the amplifier receiving the bias voltage.

【0031】また、前記多数の電流ミラートランジスタ
のチャネル長さは、前記多数のバイアストランジスタの
チャネル長さより長いことを特徴とするものである。
The channel length of the plurality of current mirror transistors is longer than the channel length of the plurality of bias transistors.

【0032】また、前記多数の電流ミラートランジスタ
のチャネル長さは、短いチャネル効果を防止することが
できる長さであることを特徴とするものである。
Further, the channel length of the plurality of current mirror transistors is long enough to prevent a short channel effect.

【0033】また、本発明に係るCMOS増幅器のバイ
アス回路を構成するトランジスタのチャネル長さ調整方
法は、前記増幅器にバイアス電圧を供給する多数のバイ
アストランジスタのチャネル長さを、そのバイアス電圧
の供給を受ける前記増幅器のトランジスタ等のチャネル
長さと同一にし、前記多数のバイアストランジスタ等に
電流を供給する電流ミラーを構成する多数の電流ミラー
トランジスタのチャネル長さは、前記多数のバイアスト
ランジスタのチャネル長さよりさらに長いチャネルから
形成し、前記多数の電流ミラートランジスタを駆動する
トランジスタ等を別途に構成し、そのチャネル長さは、
前記電流ミラートランジスタのチャネル長さと同一に形
成することを特徴とするものである。
Further, according to the method of adjusting the channel length of a transistor constituting a bias circuit of a CMOS amplifier according to the present invention, the channel length of a large number of bias transistors for supplying a bias voltage to the amplifier is determined by controlling the supply of the bias voltage. The channel length of a large number of current mirror transistors constituting a current mirror for supplying current to the large number of bias transistors and the like is the same as the channel length of the transistors and the like of the amplifiers to be received. Formed from a long channel, transistors and the like for driving the large number of current mirror transistors are separately configured, and the channel length is
The current mirror transistor is formed to have the same channel length as the current mirror transistor.

【0034】さらに、前記の電流ミラートランジスタ等
とそれを駆動するトランジスタ等のチャネル長さは、短
いチャネル効果を防止することができる長さであること
を特徴とするものである。
The channel length of the current mirror transistor and the like and the transistor for driving the current mirror transistor and the like are characterized in that they are long enough to prevent a short channel effect.

【0035】すなわち、本発明は、増幅器を直接駆動す
る部分はチャネル長さが短いトランジスタ等を用い、そ
の以外の部分はチャネル長さが相対的に長いトランジス
タ等を選択的に用いて、電源電圧の変化に対してほぼ一
定した性能が得られるようにする。
That is, according to the present invention, the part for directly driving the amplifier uses a transistor or the like having a short channel length, and the other part selectively uses a transistor or the like having a relatively long channel length to selectively use a power supply voltage. To obtain almost constant performance with respect to changes in

【0036】また、増幅器バイアス回路に適用された選
択的チャネル長さの調整技法は、短いチャネル効果及び
電流の不整合等を減らし、電源電圧に独立的なバイアス
電流が得られるようにする。
Also, the selective channel length adjustment technique applied to the amplifier bias circuit reduces short channel effects, current mismatch, etc., so that a bias current independent of the power supply voltage can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、前記のような技術的な思想
による本発明の好ましい実施の形態を、添付図面により
詳細に説明すると下記のとおりである。図3に本発明に
よるCMOS増幅器のバイアス回路が図示される。ここ
で、外部から供給される基準電流をIBSINで表示
し、各バイアス電圧を決定するMOSトランジスタに流
れる電流をIBS31からIBS35までで表示する。
併せて、第1及び第2バイアス電圧(BIAS2、BI
AS3)は、増幅器内の各MOSトランジスタ等の動作
領域と増幅器の出力余裕とを十分に保障することができ
る電圧であり、第5バイアス電圧(BIAS5)は、増
幅器出力の共通モードを維持するための電圧である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention based on the above-described technical concept will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 shows a bias circuit of a CMOS amplifier according to the present invention. Here, the reference current supplied from the outside is represented by IBSIN, and the current flowing through the MOS transistor that determines each bias voltage is represented by IBS31 to IBS35.
At the same time, the first and second bias voltages (BIAS2, BIAS2)
AS3) is a voltage that can sufficiently ensure the operation area of each MOS transistor and the like in the amplifier and the output margin of the amplifier. The fifth bias voltage (BIAS5) is for maintaining the common mode of the amplifier output. Voltage.

【0038】第5バイアス電圧(BIAS5)は、第4
バイアス電圧(BIAS4)と類似した電圧を有し、互
いに共有して1つのバイアス電圧を使用することができ
るが、クロックによる反復的なスイッチング動作が必要
なダイナミック共通モード帰還ブロックだけでなく、ス
タティック共通モード帰還ブロックを用いる場合も、よ
り安定的な増幅器動作のために別途に用いる。
The fifth bias voltage (BIAS5) is the fourth bias voltage (BIAS5).
It has a voltage similar to the bias voltage (BIAS4) and can use one bias voltage in common with each other. However, not only a dynamic common mode feedback block that requires repetitive switching operation by a clock but also a static common mode feedback block When a mode feedback block is used, it is separately used for more stable amplifier operation.

【0039】増幅器に必要な動作電流を供給する第1及
び第4バイアス電圧(BIAS1)(BIAS4)は、
増幅器に電流を供給する電流反復器(current mirror)ト
ランジスタ等を直接駆動するので、増幅器の性能を直接
的に変化させる。従って、増幅器の設計で第1バイアス
電流(IBS1)及び第4バイアス電流(IBS4)が
特に重要であり、各電流間で電流不整合が小さくなけれ
ばならない。
The first and fourth bias voltages (BIAS1) (BIAS4) for supplying the necessary operating current to the amplifier are:
Directly driving a current mirror transistor or the like that supplies current to the amplifier directly changes the performance of the amplifier. Therefore, the first bias current (IBS1) and the fourth bias current (IBS4) are particularly important in the amplifier design, and the current mismatch between the currents must be small.

【0040】従って、一定した電流の伝達のために、本
発明は、図3に図示されたように、従来のバイアス回路
に2個のMOSトランジスタ(MNA、MPA)を追加
して、CMOS増幅器のバイアス回路を具現する。即
ち、従来のバイアス回路に2個のトランジスタ(MN
A、MPA)のみを追加して、回路の他の部分に影響を
及ぼさないで、トランジスタ(MNA)を必要な程度、
例えばL1より長いL2にチャネル長さを調節すること
ができる。
Therefore, in order to transfer a constant current, the present invention adds two MOS transistors (MNA, MPA) to a conventional bias circuit as shown in FIG. Implement a bias circuit. That is, two transistors (MN
A, MPA), without affecting the rest of the circuit, and adding the transistors (MNA) to the required degree.
For example, the channel length can be adjusted to L2 longer than L1.

【0041】ここで、トランジスタ(MNA)を除外し
たダイオードとして動作する全てのトランジスタ等(M
P32、MP33、MP36、MN31、MN34、M
N35)は、増幅器と直接連結されてチャネル長さの調
整が不可能であるので、チャネル長さは増幅器側と同一
なチャネル長さL1にして増幅器を駆動させる。
Here, all the transistors (MN) operating as diodes excluding the transistor (MNA)
P32, MP33, MP36, MN31, MN34, M
Since N35) is directly connected to the amplifier and cannot adjust the channel length, the channel length is set to the same channel length L1 as the amplifier side to drive the amplifier.

【0042】また、電流反復器により動作する残りの全
てのトランジスタ等(MP31、MPA、MP34、M
P35、MN32、MN33、MNA:図面において円
内のトランジスタ)のチャネル長さはL2としてそれぞ
れ独立的に設計して、短いチャネル効果及び電源電圧の
変化による増幅器の性能低下等を最小化することができ
る。
Further, all the remaining transistors (MP31, MPA, MP34, M
The channel lengths of P35, MN32, MN33, and MNA (transistors within a circle in the drawing) are independently designed as L2 to minimize short channel effects and performance degradation of the amplifier due to a change in power supply voltage. it can.

【0043】勿論、トランジスタ(MNA、MPA)
は、同時に長いチャネル長さL2を使用すべきであるの
で、最小可能な電圧でも飽和領域に動作することができ
るほどのトランジスタゲート−ソース間の電圧降下によ
る最小限の設計余裕は考えなければならない。
Of course, transistors (MNA, MPA)
Should use a long channel length L2 at the same time, so a minimum design margin due to the voltage drop between the transistor gate and the source must be considered so that the transistor can operate in the saturation region even at the minimum possible voltage. .

【0044】本発明によるバイアス回路では、増幅器を
直接駆動する電流反復器(MP32、MP33、MN3
4、MN35)のみに、増幅器に用いられたトランジス
タのチャネル長さと同一なチャネル長さL1のMOSト
ランジスタを使用し、これを除外したトランジスタ(M
P31、MP34、MP35、MPA、MN32、MN
33、MN34、MN35)にはチャネル長さL1より
さらに長いL2のチャネルを使用して、電源電圧の大き
さが変化しても短いチャネル効果を最小化し、ドレイン
電圧により電流の変化が最小となるようにして電流の不
整合を減少させる。
In the bias circuit according to the present invention, the current repeaters (MP32, MP33, MN3
4, MN35), a MOS transistor having the same channel length L1 as the channel length of the transistor used in the amplifier is used, and the transistor (M
P31, MP34, MP35, MPA, MN32, MN
33, MN34, MN35), the channel length L2 longer than the channel length L1 is used to minimize the short channel effect even when the power supply voltage changes, and the change in current is minimized by the drain voltage. Thus, the current mismatch is reduced.

【0045】図4に本発明によるバイアス回路を適用し
たサンプルアンドホールド増幅器が図示されいる。増幅
器41は、図1に図示した増幅器とそのバイアス回路と
から構成される。ここで、バイアス回路は、本発明によ
るバイアス回路を適用する。アナログ信号の正確なサン
プリング及びホールディング動作のために、図5の
(a)及び(b)に図示されているように、2個の重畳
されないクロック(Q1、Q2)を用いる。第1クロッ
ク(Q1)の位相で、トランジスタ(M1−M4)を通
して2個のキャパシタ(C1、C2)にアナログ入力信
号がサンプリングされ、キャパシタ(C1、C2)に連
結されたトランジスタ(M9、M10)は、第1クロッ
ク(Q1)よりさらに速いローリングエッジを有する第
3クロック(QIP)によって、第1クロック(Q1)
より先にオフされて、高いインピーダンスモードとなっ
て、入力信号に依存するフィードスルー誤差(feedthrou
gh error)を最小化する。
FIG. 4 shows a sample and hold amplifier to which the bias circuit according to the present invention is applied. The amplifier 41 includes the amplifier shown in FIG. 1 and its bias circuit. Here, the bias circuit according to the present invention is applied. For accurate sampling and holding operation of the analog signal, two non-overlapping clocks (Q1, Q2) are used as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). At the phase of the first clock (Q1), the analog input signals are sampled into the two capacitors (C1, C2) through the transistors (M1-M4), and the transistors (M9, M10) connected to the capacitors (C1, C2). The first clock (Q1) is driven by a third clock (QIP) having a faster rolling edge than the first clock (Q1).
It is turned off earlier and goes into a high impedance mode, where the feedthrough error (feedthrou
gh error).

【0046】一方、第2クロック(Q2)の位相で、増
幅器の出力端に連結されたトランジスタ(M5−M8)
により、キャパシタ(C1、C2)は入力された信号を
そのまま出力で維持するホールディング動作を行う。
On the other hand, the transistors M5-M8 connected to the output terminal of the amplifier at the phase of the second clock Q2.
Accordingly, the capacitors (C1, C2) perform a holding operation of maintaining the input signal as output.

【0047】前記図4に図示したサンプルアンドホール
ド回路に対する模擬実験は、0.8μmのダブル−ポ
リ、ダブル−メタルn−wellCMOS工程変数を用
いて遂行する。増幅器41に用いられたチャネル長さL
1は、増幅器41が十分な電圧利得と帯域幅を得るよう
に最適化するために1μmを使用し、相対的に長いチャ
ネル長さL2は、増幅器41に用いられた各トランジス
タ等の動作領域を保障すると同時に、十分な増幅器出力
範囲が得られるように、これより2倍大きい2μmを用
いる。
The simulation of the sample-and-hold circuit shown in FIG. 4 is performed using a 0.8 μm double-poly, double-metal n-well CMOS process variable. Channel length L used for amplifier 41
1 uses 1 μm to optimize the amplifier 41 to obtain sufficient voltage gain and bandwidth, and a relatively long channel length L2 defines the operating area of each transistor and the like used in the amplifier 41. At the same time, 2 μm, which is twice as large, is used so as to obtain a sufficient amplifier output range.

【0048】円で表示したトランジスタ(MP1、MP
4、MP5、MPA、MN2、MN3、MN4、MN
5)のチャネル長さは、L2よりさらに長くして、電流
の不整合を更に減少させることもできるが、追加で減少
される電流不整合の大きさに比して用いられるトランジ
スタの大きさが急激に増加して、全体チップの面積が大
きくなるので、これを考えて発明の有効性を立証するこ
とに十分な長さである2μmに決定する。
Transistors represented by circles (MP1, MP1
4, MP5, MPA, MN2, MN3, MN4, MN
The channel length of 5) can be longer than L2 to further reduce the current mismatch, but the size of the transistor used is smaller than the size of the additionally reduced current mismatch. Since the area of the entire chip increases rapidly, the length is set to 2 μm, which is a length sufficient to prove the effectiveness of the present invention.

【0049】図1で演算増幅器の相補入力対に用いられ
たトランジスタ(M2−M5)は、工程上の最小長さ
0.8μmとする。図1に図示した増幅器にバイアス電
圧(BIAS3)を供給するトランジスタ(MN5)
は、電流間の不整合が全体増幅器の性能に大きい影響を
与えないという点を考えて、増幅器の出力回路が十分に
飽和領域における動作を保障することができるように、
チャネル長さを1.2μmに調整する。
The transistors (M2-M5) used for the complementary input pair of the operational amplifier in FIG. 1 have a minimum process length of 0.8 μm. A transistor (MN5) for supplying a bias voltage (BIAS3) to the amplifier shown in FIG.
Considering that the mismatch between the currents does not greatly affect the performance of the overall amplifier, to ensure that the output circuit of the amplifier can sufficiently operate in the saturation region,
Adjust the channel length to 1.2 μm.

【0050】本発明が適用されたサンプルアンドホール
ド増幅器の一実施の形態に用いられた全てのトランジス
タとキャパシタの諸元が表1に図示される。出力端の負
荷として約6pFを用いたが、これは図4に図示したサ
ンプルアンドホールド増幅器が実際のシステムに応用さ
れた時に駆動するその次端の回路ブロックの入力キャパ
シタ及びサンプルアンドホールド出力端の寄生キャパシ
タをモデリングしたものである。用いられたMOSトラ
ンジスタのチャネル長さL1及びL2をはじめ、図1に
表示した素子等の諸元は、用いる工程によって変わる
が、提案する経路設計技法の原理は同一に適用される。
Table 1 shows the specifications of all transistors and capacitors used in an embodiment of the sample and hold amplifier to which the present invention is applied. About 6 pF was used as a load at the output terminal, which is used when the sample-and-hold amplifier shown in FIG. 4 is applied to an actual system. This is a model of a parasitic capacitor. Although the specifications of the elements and the like shown in FIG. 1 including the channel lengths L1 and L2 of the used MOS transistors vary depending on the process used, the principle of the proposed path design technique is applied in the same manner.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】このサンプルアンドホールド増幅器回路
を、電源電圧が3V及び5Vである場合に限って実験し
た結果、それぞれの場合に対するバイアス回路内におけ
る電流変化を表2に整理した。外部から入力電流IBS
INを50μA印加した時、図2のような従来のバイア
ス回路では、3V電源電圧で最大61μAに増加して2
0%、5V電源電圧で最大80μAに増加して60%の
電流増加を示した。これに比して図3で提案する本発明
によるチャネル長さの調整方法が適用されたバイアス回
路では、3V電源電圧で最大54μAに増加して10%
未満、5V電源電圧で最大61μAに増加して20%の
電流増加を示すので、電流の不整合が大きく減少された
ことを確認することができる。
As a result of experiments on this sample and hold amplifier circuit only when the power supply voltage was 3 V and 5 V, the change in current in the bias circuit for each case was summarized in Table 2. External input current IBS
When IN is applied at 50 μA, the conventional bias circuit as shown in FIG.
At 0% and 5V power supply voltage, the current increased to 80 μA at the maximum, indicating a current increase of 60%. On the other hand, in the bias circuit to which the method of adjusting the channel length according to the present invention proposed in FIG.
<5 V power supply voltage increases to 61 μA at the maximum, indicating a 20% current increase, so that it can be confirmed that the current mismatch is greatly reduced.

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】設計されたSAHの性能を示す仕様中の1
つとして、ENOB(Effective Number Of Bits)があ
り、これはSNRと共にアナログ入力に対してホールデ
ィング動作により維持された出力の正確度を表す重要な
指標であり、下記のような関係を有する。 ENOB=(SNR−1.76dB)/6.02
One of the specifications showing the performance of the designed SAH
One of them is ENOB (Effective Number Of Bits), which is an important index indicating the accuracy of the output maintained by the holding operation with respect to the analog input together with the SNR, and has the following relationship. ENOB = (SNR-1.76 dB) /6.02

【0055】それぞれのサンプルアンドホールド増幅器
回路に、2Vp-pである端入力信号と、42MHzのサ
ンプリングクロックを用いて実験し、これを通して得た
サンプルアンドホールド増幅器の出力波形を、128−
point FFT(Fast FourierTransform)でSNRを得る
ことができ、前記式を通してENOBを求める。
Experiments were performed on each sample-and-hold amplifier circuit using an end input signal of 2 V pp and a sampling clock of 42 MHz, and the output waveform of the sample-and-hold amplifier obtained through this experiment was converted to 128-pp.
SNR can be obtained by point FFT (Fast Fourier Transform), and ENOB is obtained through the above equation.

【0056】図6(a)及び(b)は、既存のバイアス
回路と提案するバイアス回路とを用いる2個の場合のサ
ンプルアンド回路に対して、それぞれ3V、5Vの電源
電圧からサンプリングクロックのナイキスト(Nyquist)
比率に至る多様な周波数の入力信号に対するENOBの
実験結果を示したものである。図6のように、サンプル
アンドホールド回路に印加する電源電圧を3Vから5V
に増加させる場合、印加した電源電圧の大きさと関係な
く、提案するバイアス回路を用いた場合及び従来のバイ
アス回路を用いた場合も全てほぼ一致する10ビット水
準の一定したENOBを維持するので、正確度の側面で
性能損失のないことを確認することができる。
FIGS. 6A and 6B show the Nyquist of the sampling clock from the power supply voltages of 3 V and 5 V, respectively, for two sample-and-circuits using the existing bias circuit and the proposed bias circuit. (Nyquist)
FIG. 3 shows experimental results of ENOB for input signals of various frequencies up to a ratio. As shown in FIG. 6, the power supply voltage applied to the sample and hold circuit is changed from 3V to 5V.
, Regardless of the magnitude of the applied power supply voltage, even when the proposed bias circuit is used and when the conventional bias circuit is used, the ENOB at the 10-bit level which is almost the same is maintained. It can be confirmed that there is no performance loss in terms of degree.

【0057】しかし、電源電圧が増加する時、電力消耗
の側面で、従来のバイアス回路を用いたサンプルアンド
ホールド回路は、短いチャネル効果による出力インピー
ダンス変化により、必要以上のバイアス電流がサンプル
アンドホールド増幅器に流れて電力消耗が大きく増加さ
れる反面、提案するバイアス回路を用いるサンプルアン
ドホールド回路は、出力インピーダンスの影響が少ない
ので、このような電流の不整合が減少されるし、結果的
に電力消耗の増加率が減少される。
However, in view of power consumption when the power supply voltage increases, the conventional sample-and-hold circuit using the bias circuit requires a bias current that is more than necessary due to a change in output impedance due to a short channel effect. However, since the sample and hold circuit using the proposed bias circuit is less affected by the output impedance, such a current mismatch is reduced, and consequently the power consumption is reduced. The rate of increase is reduced.

【0058】図7で見られるように、電源電圧を3Vか
ら5Vに増加させた場合、電力消耗は理論的に5/3倍
増加するようになるが、従来のバイアス回路を用いた場
合、電力消耗は8.5mWから19.2mWに増加し
て、予想値である14.2mWより更に35%増加し
た。これに比して、提案するバイアス回路を用いた場
合、7.8mWから15.0mW増加して、13.0m
Wより更に15%のみ増加するので、その増加率が顕著
に減少されることが分かる。
As can be seen from FIG. 7, when the power supply voltage is increased from 3 V to 5 V, the power consumption theoretically increases 5/3 times. However, when the conventional bias circuit is used, the power consumption increases. Attrition increased from 8.5 mW to 19.2 mW, an additional 35% over the expected 14.2 mW. On the other hand, when the proposed bias circuit is used, 15.0 mW is increased from 7.8 mW to 13.0 mW.
It can be seen that the increase rate is remarkably reduced because the increase is only 15% more than W.

【0059】[0059]

【発明の効果】上述したような本発明によるバイアス回
路は、CMOS演算増幅器のようなアナログ/混成モー
ド回路のためのバイアス回路ブロックに適用可能なもの
であり、増幅器を用いる混成モード回路で具現されたセ
ルライブラリを一定した性能に維持しつつ、多様な電源
電圧でも使用可能な効果がある。また、設計された回路
ブロックを別途の再設計なく、多様な半導体集積回路及
びシステムに多様に応用することができるという利点も
ある。
The above-described bias circuit according to the present invention is applicable to a bias circuit block for an analog / mixed mode circuit such as a CMOS operational amplifier, and is embodied in a mixed mode circuit using an amplifier. There is an effect that the cell library can be used with various power supply voltages while maintaining a constant performance. Also, there is an advantage that the designed circuit block can be variously applied to various semiconductor integrated circuits and systems without separate redesign.

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

【図1】 MOSトランジスタ等を使用する一般的な相
補差動重配列カスコード(folded-cascode)増幅器の回路
図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a general complementary differential cascode (folded-cascode) amplifier using a MOS transistor or the like.

【図2】 図1の増幅器に動作電流を供給するための従
来のバイアス回路図である。
FIG. 2 is a conventional bias circuit diagram for supplying an operating current to the amplifier of FIG.

【図3】 本発明によるCMOS増幅器のバイアス回路
図である。
FIG. 3 is a bias circuit diagram of a CMOS amplifier according to the present invention.

【図4】 本発明によるバイアス回路を適用したサンプ
ルアンドホールド増幅器の構造図である。
FIG. 4 is a structural diagram of a sample and hold amplifier to which a bias circuit according to the present invention is applied.

【図5】 (a)及び(b)は、図4のトランジスタ
(M1)(M2)(M8)(M9)にそれぞれ入力され
る重畳されないクロックのタイミング図である。
5A and 5B are timing diagrams of non-superimposed clocks input to the transistors (M1), (M2), (M8), and (M9) in FIG. 4, respectively.

【図6】 (a)及び(b)は、既存のバイアス回路
と、提案するバイアス回路とを用いる場合、多様な周波
数の入力信号に対するENOBの実験結果を示すグラフ
である。
FIGS. 6A and 6B are graphs showing ENOB experimental results for input signals of various frequencies when using an existing bias circuit and a proposed bias circuit.

【図7】 電源電圧の変化に対する電力消耗結果を示す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing a power consumption result with respect to a change in power supply voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41:増幅器。 41: Amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 承 勲 大韓民国ソウル市容山區東部梨寸洞レック スアパートメント14−405 (72)発明者 呉 大 一 大韓民国京畿道安養市東安區平村洞清源大 林アパートメント207−606 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Lee Seung-Isang 14-405 Rex Apartment, Namsan-dong, Yongsan-gu, Seoul, Republic of Korea Obayashi Apartment 207-606

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CMOS増幅器のバイアス回路におい
て、 前記増幅器のトランジスタ等にバイアス電圧を供給する
多数のバイアストランジスタと、 前記多数のバイアストランジスタに電流を提供するため
に電流ミラーを形成する多数の電流ミラートランジスタ
と、 前記多数の電流ミラートランジスタを駆動する多数の電
流ミラー駆動トランジスタとから構成されることを特徴
とするCMOS増幅器のバイアス回路。
1. A bias circuit for a CMOS amplifier, comprising: a plurality of bias transistors for supplying a bias voltage to transistors and the like of the amplifier; and a plurality of current mirrors forming a current mirror for providing a current to the plurality of bias transistors. A bias circuit for a CMOS amplifier, comprising: a transistor; and a number of current mirror driving transistors for driving the number of current mirror transistors.
【請求項2】 前記多数のバイアストランジスタのチャ
ネル長さは、そのバイアス電圧の供給を受け増幅器を構
成するトランジスタのチャネル長さと同一であることを
特徴とする請求項1記載のCMOS増幅器のバイアス回
路。
2. A bias circuit for a CMOS amplifier according to claim 1, wherein the channel length of said plurality of bias transistors is equal to the channel length of a transistor constituting the amplifier receiving the supply of the bias voltage. .
【請求項3】 前記多数の電流ミラートランジスタのチ
ャネル長さは、前記多数のバイアストランジスタのチャ
ネル長さより長いことを特徴とする請求項1記載のCM
OS増幅器のバイアス回路。
3. The CM according to claim 1, wherein a channel length of the plurality of current mirror transistors is longer than a channel length of the plurality of bias transistors.
OS amplifier bias circuit.
【請求項4】 前記多数の電流ミラートランジスタのチ
ャネル長さは、短いチャネル効果を防止することができ
る長さであることを特徴とする請求項3記載のCMOS
増幅器のバイアス回路。
4. The CMOS according to claim 3, wherein the channel lengths of the plurality of current mirror transistors are long enough to prevent short channel effects.
Amplifier bias circuit.
【請求項5】 CMOS増幅器のバイアス回路を構成す
るトランジスタのチャネル長さ調整方法において、 前記増幅器にバイアス電圧を供給する多数のバイアスト
ランジスタのチャネル長さを、そのバイアス電圧の供給
を受ける前記増幅器のトランジスタ等のチャネル長さと
同一にし、前記多数のバイアストランジスタ等に電流を
供給する電流ミラーを構成する多数の電流ミラートラン
ジスタのチャネル長さは、前記多数のバイアストランジ
スタのチャネル長さよりさらに長いチャネルから形成
し、前記多数の電流ミラートランジスタを駆動するトラ
ンジスタ等を別途に構成し、そのチャネル長さは、前記
電流ミラートランジスタのチャネル長さと同一に形成す
ることを特徴とするCMOS増幅器のバイアス回路内の
MOSトランジスタのチャネル長さ調整方法。
5. A method of adjusting a channel length of a transistor constituting a bias circuit of a CMOS amplifier, comprising: determining a channel length of a number of bias transistors for supplying a bias voltage to the amplifier; The channel length of the multiple current mirror transistors constituting the current mirror that supplies the current to the multiple bias transistors and the like is the same as the channel length of the transistors and the like, and is formed from a channel longer than the channel length of the multiple bias transistors. A transistor and the like for driving the large number of current mirror transistors are separately formed, and a channel length thereof is formed to be the same as a channel length of the current mirror transistor. Transistor switches Channel length adjustment method.
【請求項6】 前記の電流ミラートランジスタ等とそれ
を駆動するトランジスタ等のチャネル長さは、短いチャ
ネル効果を防止することができる長さであることを特徴
とする請求項5記載のCMOS増幅器のバイアス回路内
のMOSトランジスタのチャネル長さ調整方法。
6. The CMOS amplifier according to claim 5, wherein the channel lengths of the current mirror transistor and the like and the transistor for driving the transistor and the like are long enough to prevent a short channel effect. A method for adjusting the channel length of a MOS transistor in a bias circuit.
JP11067150A 1998-03-18 1999-03-12 Bias circuit for CMOS amplifier and method for adjusting channel length of MOS transistor in bias circuit Pending JPH11330867A (en)

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KR1019980009314A KR100266719B1 (en) 1998-03-18 1998-03-18 Bias circuit of cmos amplifier and method of controling channel length of the same cmos transistor
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008271159A (en) * 2007-04-19 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging device
CN119918494A (en) * 2025-04-03 2025-05-02 博越微电子(江苏)有限公司 A layout processing method for reducing parasitic RC through cascode structure

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