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JP2019115009A - Input circuit - Google Patents

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JP2019115009A
JP2019115009A JP2017249203A JP2017249203A JP2019115009A JP 2019115009 A JP2019115009 A JP 2019115009A JP 2017249203 A JP2017249203 A JP 2017249203A JP 2017249203 A JP2017249203 A JP 2017249203A JP 2019115009 A JP2019115009 A JP 2019115009A
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input
mos transistor
differential pair
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input differential
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JP2017249203A
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紘明 手島
Hiroaki Tejima
紘明 手島
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Azbil Corp
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Abstract

【課題】入力される信号が高速な場合でも出力波形の乱れの小さい入力回路を実現する。【解決手段】入力差動対11及び電流源12を有するCMOS型のオペアンプ1と、入力差動対11に並列接続された1つ以上の入力差動対2と、入力差動対2毎に設けられ、当該入力差動対2を駆動させる電流源3と、入力差動対11及び入力差動対2に入力された電圧の高低により、電流源12及び電流源3のうちの駆動させる電流源を選択する電流源選択回路4とを備えた。【選択図】図2[Problem] To realize an input circuit with little distortion of the output waveform even when the input signal is high speed. [Solution] The present invention comprises a CMOS operational amplifier 1 having an input differential pair 11 and a current source 12, one or more input differential pairs 2 connected in parallel to the input differential pair 11, a current source 3 provided for each input differential pair 2 for driving the input differential pair 2, and a current source selection circuit 4 for selecting which of the current sources 12 and 3 to drive depending on the level of the voltage input to the input differential pair 11 and the input differential pair 2. [Selected Figure] Figure 2

Description

この発明は、信号が入力される入力回路に関する。   The present invention relates to an input circuit to which a signal is input.

近接スイッチ等のように発振回路を用いたセンサ機器では、発振回路から出力された発振信号の電圧振幅の変化を検出することで検出体の接近を判定している。このセンサ機器において、発振信号をAD変換するにあたり、要求レートが発振周波数に対して遅い場合には、発振信号を整流してローパスフィルタ等で平滑化することでAD変換を行う。   In a sensor device using an oscillation circuit, such as a proximity switch, the approach of a detection object is determined by detecting a change in voltage amplitude of an oscillation signal output from the oscillation circuit. In this sensor device, when AD conversion of the oscillation signal is performed, when the required rate is slower than the oscillation frequency, AD conversion is performed by rectifying the oscillation signal and smoothing it with a low pass filter or the like.

ここで、入力された信号を整流する回路の一例として、オペアンプ及びダイオードを用いた半波整流回路(理想ダイオード回路と呼ばれる)が考えられる。この理想ダイオード回路の構成例を図7に示す。なお、図7Aは入力された信号の正側の波形のみを出力する半波整流回路を示し、図7Bは入力された信号の負側の波形のみを出力する半波整流回路を示している。
また、図7とは構成が異なるが、特許文献1,2にも、オペアンプ及びダイオードを用いた半波整流回路が示されている。
Here, a half wave rectifier circuit (referred to as an ideal diode circuit) using an operational amplifier and a diode can be considered as an example of a circuit that rectifies an input signal. A configuration example of this ideal diode circuit is shown in FIG. 7A shows a half wave rectification circuit that outputs only the positive side waveform of the input signal, and FIG. 7B shows a half wave rectification circuit that outputs only the negative side waveform of the input signal.
Although the configuration is different from that of FIG. 7, Patent Documents 1 and 2 also show a half-wave rectifier circuit using an operational amplifier and a diode.

特開2008−199320号公報JP, 2008-199320, A 特開平7−46845号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-46845

上記のような従来の半波整流回路では、オペアンプのフィードバックによる仮想短絡の効果によりダイオードの順方向電圧の誤差をキャンセルできる。その結果、従来の半波整流回路では、ダイオードのみの半波整流回路と比較して、振幅誤差を小さくできる。
しかしながら、従来の半波整流回路では、入力された信号の電圧と基準電圧の高低が切替わる度にダイオードの導通状態が変化し、フィードバックループが切れる(又は切替わる)ため、その度にオペアンプの出力電圧が急変するという課題がある。このとき、図8に示すように、出力波形に歪が生じ、平滑化したときの誤差となり得る。なお図8において、符号801は従来の半波整流回路に入力された1MHzの信号を示し、符号802は従来の半波整流回路から出力された信号を示している。この歪を小さくするためには、オペアンプのスルーレートを入力波形に対して十分速く設計する必要がある。そのため、入力される信号が高速である場合、整流を行うことが難しい。
In the conventional half wave rectification circuit as described above, the error of the forward voltage of the diode can be canceled by the effect of the virtual short circuit by the feedback of the operational amplifier. As a result, in the conventional half-wave rectifier circuit, the amplitude error can be reduced as compared with the diode-only half-wave rectifier circuit.
However, in the conventional half-wave rectifier circuit, the conduction state of the diode changes every time the voltage of the input signal and the reference voltage are switched, and the feedback loop is broken (or switched). There is a problem that the output voltage suddenly changes. At this time, as shown in FIG. 8, distortion occurs in the output waveform, which may result in an error when smoothing. In FIG. 8, reference numeral 801 denotes a 1 MHz signal inputted to the conventional half wave rectification circuit, and reference numeral 802 denotes a signal outputted from the conventional half wave rectification circuit. In order to reduce this distortion, it is necessary to design the slew rate of the operational amplifier fast enough for the input waveform. Therefore, when the input signal is high speed, it is difficult to perform rectification.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入力される信号が高速な場合でも出力波形の乱れの小さい入力回路を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide an input circuit with less disturbance of the output waveform even when the input signal is high speed.

この発明に係る入力回路は、入力差動対、及び当該入力差動対を駆動させる電流源を有するCMOS型のオペアンプと、入力差動対に並列接続された1つ以上の第2の入力差動対と、第2の入力差動対毎に設けられ、当該第2の入力差動対を駆動させる第2の電流源と、入力差動対及び第2の入力差動対に入力された電圧の高低により、電流源及び第2の電流源のうちの駆動させる電流源を選択する電流源選択回路とを備えたことを特徴とする。   An input circuit according to the present invention comprises a CMOS type operational amplifier having an input differential pair and a current source for driving the input differential pair, and one or more second input differences connected in parallel to the input differential pair. A second current source provided for each of the second input differential pair and driving the second input differential pair, and input to the input differential pair and the second input differential pair It is characterized by comprising a current source selection circuit which selects a current source to be driven out of the current source and the second current source according to the level of the voltage.

この発明によれば、上記のように構成したので、入力される信号が高速な場合でも出力波形の乱れの小さい入力回路を実現できる。   According to the present invention, as configured as described above, it is possible to realize an input circuit with less disturbance of the output waveform even when the input signal is high speed.

この発明の実施の形態1に係る半波整流回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the half wave rectifier circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る信号選択機能付きオペアンプの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the operational amplifier with a signal selection function concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る半波整流回路と従来の半波整流回路に対して1MHzの信号を入力した場合での出力波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output waveform at the time of inputting a 1-MHz signal with respect to the half wave rectifier circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the conventional half wave rectifier circuit. この発明の実施の形態1に係る信号選択機能付きオペアンプの別の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the operational amplifier with a signal selection function concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る信号選択機能付きオペアンプの別の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the operational amplifier with a signal selection function concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る信号選択機能付きオペアンプの別の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the operational amplifier with a signal selection function concerning Embodiment 1 of this invention. 図7A、図7Bは、従来の半波整流回路の構成例を示す図である。FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams showing configuration examples of a conventional half wave rectification circuit. 従来の半波整流回路に対して1MHzの信号を入力した場合での出力波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output waveform at the time of inputting the signal of 1 MHz with respect to the conventional half wave rectifier circuit.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る半波整流回路の構成例を示す図である。
半波整流回路は、入力された信号を整流する。この半波整流回路は、図1に示すように、信号選択機能付きオペアンプ(入力回路)10を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 is a view showing an example of the configuration of a half wave rectification circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
The half wave rectification circuit rectifies the input signal. As shown in FIG. 1, this half wave rectification circuit includes an operational amplifier (input circuit) 10 with a signal selection function.

信号選択機能付きオペアンプ10は、入力された信号及び基準電圧のうちの一方を増幅する。この信号選択機能付きオペアンプ10は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のオペアンプであり、1つの反転入力端子、複数の非反転入力端子、及び、1つの出力端子を有している。
半波整流回路に用いられる信号選択機能付きオペアンプ10では、非反転入力端子は2つである。そして、反転入力端子は出力端子に接続され、2つの非反転入力端子のうちの一方には信号が入力され、他方には基準電圧が入力される。図1では、2つの非反転入力端子のうちの一方に交流電圧源が接続され、他方に基準電圧が接続された場合を示している。
The operational amplifier 10 with signal selection function amplifies one of the input signal and the reference voltage. The operational amplifier 10 with signal selection function is a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type operational amplifier, and has one inverting input terminal, a plurality of non-inverting input terminals, and one output terminal.
The operational amplifier 10 with signal selection function used for the half-wave rectifier circuit has two non-inverting input terminals. The inverting input terminal is connected to the output terminal, a signal is input to one of the two non-inverting input terminals, and a reference voltage is input to the other. FIG. 1 shows the case where an AC voltage source is connected to one of two non-inverting input terminals and a reference voltage is connected to the other.

以下では、まず、入力された信号の正側の波形のみを出力する半波整流回路について示す。   In the following, first, a half wave rectification circuit that outputs only the positive side waveform of the input signal will be described.

信号選択機能付きオペアンプ10は、図2に示すように、オペアンプ1、入力差動対(第2の入力差動対)2、電流源(第2の電流源)3及び電流源選択回路4を備えている。   As shown in FIG. 2, the operational amplifier 10 with signal selection function includes an operational amplifier 1, an input differential pair (second input differential pair) 2, a current source (second current source) 3 and a current source selection circuit 4 Have.

オペアンプ1は、従来から知られている一般的なCMOS型のオペアンプである。このオペアンプ1は、入力差動対11、電流源12、能動負荷13及び出力段14を有している。   The operational amplifier 1 is a general CMOS type operational amplifier known from the prior art. The operational amplifier 1 includes an input differential pair 11, a current source 12, an active load 13 and an output stage 14.

入力差動対11は、演算増幅用の差動対である。この入力差動対11は、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ(第1のMOSトランジスタ)111、及び、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ(第2のMOSトランジスタ)112を有している。   The input differential pair 11 is a differential pair for operational amplification. The input differential pair 11 includes a MOS transistor (first MOS transistor) 111 which is an NMOS transistor, and a MOS transistor (second MOS transistor) 112 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ111のゲート端子は、上記2つの非反転入力端子のうちの一方に対応している。
MOSトランジスタ112のゲート端子は、上記反転入力端子に対応している。
The gate terminal of the MOS transistor 111 corresponds to one of the two non-inverting input terminals.
The gate terminal of the MOS transistor 112 corresponds to the above-mentioned inverting input terminal.

電流源12は、入力差動対11を駆動させる。この電流源12は、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ121を有している。   The current source 12 drives the input differential pair 11. The current source 12 has a MOS transistor 121 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ121は、ソース端子がグランドに接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ111のソース端子及びMOSトランジスタ112のソース端子に接続されている。   The source terminal of the MOS transistor 121 is connected to the ground, and the drain terminal is connected to the source terminal of the MOS transistor 111 and the source terminal of the MOS transistor 112.

能動負荷13は、入力差動対11に対する能動的な負荷である。この能動負荷13は、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ131、及び、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ132を有している。   Active load 13 is an active load on input differential pair 11. The active load 13 includes a MOS transistor 131 which is a PMOS transistor and a MOS transistor 132 which is a PMOS transistor.

MOSトランジスタ131は、ソース端子が電源に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ111のドレイン端子に接続されている。
MOSトランジスタ132は、ソース端子が電源に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ112のドレイン端子に接続され、ゲート端子がドレイン端子及びMOSトランジスタ131のゲート端子に接続されている。
The source terminal of the MOS transistor 131 is connected to the power supply, and the drain terminal is connected to the drain terminal of the MOS transistor 111.
The source terminal of the MOS transistor 132 is connected to the power supply, the drain terminal is connected to the drain terminal of the MOS transistor 112, and the gate terminal is connected to the drain terminal and the gate terminal of the MOS transistor 131.

出力段14は、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ141、抵抗142、コンデンサ143、及び、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ144を有している。   The output stage 14 includes a MOS transistor 141 which is a PMOS transistor, a resistor 142, a capacitor 143, and a MOS transistor 144 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ141は、ソース端子が電源に接続され、ドレイン端子が上記出力端子に接続され、ゲート端子がMOSトランジスタ131のドレイン端子に接続されている。
抵抗142は、一端がMOSトランジスタ131のドレイン端子及びMOSトランジスタ141のゲート端子に接続されている。
コンデンサ143は、一端が抵抗142の他端に接続され、他端がMOSトランジスタ141のドレイン端子及び上記出力端子に接続されている。
MOSトランジスタ144は、ソース端子がグランドに接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ141のドレイン端子、コンデンサ143の他端及び上記出力端子に接続されている。また、MOSトランジスタ144のゲート端子には、バイアス電圧が入力される。
The source terminal of the MOS transistor 141 is connected to the power supply, the drain terminal is connected to the output terminal, and the gate terminal is connected to the drain terminal of the MOS transistor 131.
One end of the resistor 142 is connected to the drain terminal of the MOS transistor 131 and the gate terminal of the MOS transistor 141.
One end of the capacitor 143 is connected to the other end of the resistor 142, and the other end is connected to the drain terminal of the MOS transistor 141 and the output terminal.
The source terminal of the MOS transistor 144 is connected to the ground, and the drain terminal is connected to the drain terminal of the MOS transistor 141, the other end of the capacitor 143, and the output terminal. Further, a bias voltage is input to the gate terminal of the MOS transistor 144.

入力差動対2は、1つ以上設けられ、入力差動対11に並列接続された演算増幅用の差動対である。半波整流回路に用いられる信号選択機能付きオペアンプ10では、入力差動対2は単一である。この入力差動対2は、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ(第3のMOSトランジスタ)21、及び、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ(第4のMOSトランジスタ)22を有している。   One or more input differential pairs 2 are differential pairs for operational amplification connected in parallel to the input differential pair 11. In the operational amplifier 10 with signal selection function used for the half wave rectification circuit, the input differential pair 2 is single. The input differential pair 2 includes a MOS transistor (third MOS transistor) 21 which is an NMOS transistor, and a MOS transistor (fourth MOS transistor) 22 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ21は、ドレイン端子がMOSトランジスタ111のドレイン端子に接続されている。なお、MOSトランジスタ21は、通常、MOSトランジスタ111と同一の素子が用いられるが、異なる素子を用いてもよい。また、MOSトランジスタ21のゲート端子は、上記2つの非反転入力端子のうちの他方に対応している。
MOSトランジスタ22は、ドレイン端子がMOSトランジスタ112のドレイン端子に接続され、ゲート端子がMOSトランジスタ112のゲート端子に接続されている。なお、MOSトランジスタ22は、通常、MOSトランジスタ112と同一の素子が用いられるが、異なる素子を用いてもよい。
The drain terminal of the MOS transistor 21 is connected to the drain terminal of the MOS transistor 111. Although the MOS transistor 21 normally uses the same element as the MOS transistor 111, a different element may be used. The gate terminal of the MOS transistor 21 corresponds to the other of the two non-inverting input terminals.
The drain terminal of the MOS transistor 22 is connected to the drain terminal of the MOS transistor 112, and the gate terminal is connected to the gate terminal of the MOS transistor 112. Although the MOS transistor 22 normally uses the same element as the MOS transistor 112, a different element may be used.

電流源3は、入力差動対2毎に設けられ、入力差動対2を駆動させる。この電流源3は、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ31を有している。   A current source 3 is provided for each input differential pair 2 and drives the input differential pair 2. The current source 3 has a MOS transistor 31 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ31は、ソース端子がグランドに接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ21のソース端子及びMOSトランジスタ22のソース端子に接続されている。   The source terminal of the MOS transistor 31 is connected to the ground, and the drain terminal is connected to the source terminal of the MOS transistor 21 and the source terminal of the MOS transistor 22.

電流源選択回路4は、入力差動対11(MOSトランジスタ111のゲート端子)及び入力差動対2(MOSトランジスタ21のゲート端子)に入力された電圧の高低により、電流源12及び電流源3のうちの駆動させる電流源を選択する。この電流源選択回路4は、入力差動対41、カレントミラー42及びMOSトランジスタ43を有している。   The current source selection circuit 4 receives the current source 12 and the current source 3 according to the level of the voltage inputted to the input differential pair 11 (gate terminal of the MOS transistor 111) and the input differential pair 2 (gate terminal of the MOS transistor 21). Select the current source to drive. The current source selection circuit 4 includes an input differential pair 41, a current mirror 42 and a MOS transistor 43.

入力差動対41は、電流源選択用の差動対である。この入力差動対41は、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ411、及び、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ412を有している。   The input differential pair 41 is a differential pair for current source selection. The input differential pair 41 includes a MOS transistor 411 which is a PMOS transistor, and a MOS transistor 412 which is a PMOS transistor.

MOSトランジスタ411は、ゲート端子がMOSトランジスタ111のゲート端子に接続されている。
MOSトランジスタ412は、ゲート端子がMOSトランジスタ21のゲート端子に接続されている。
The gate terminal of the MOS transistor 411 is connected to the gate terminal of the MOS transistor 111.
The gate terminal of the MOS transistor 412 is connected to the gate terminal of the MOS transistor 21.

カレントミラー42は、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ421、及び、NMOSトランジスタであるMOSトランジスタ422を有している。   The current mirror 42 has a MOS transistor 421 which is an NMOS transistor, and a MOS transistor 422 which is an NMOS transistor.

MOSトランジスタ421は、ソース端子がオペアンプ1のグランドに接続され、ドレイン端子が、ゲート端子、MOSトランジスタ412のドレイン端子及びMOSトランジスタ121のゲート端子に接続されている。
MOSトランジスタ422は、ソース端子がオペアンプ1のグランドに接続され、ドレイン端子が、ゲート端子、MOSトランジスタ411のドレイン端子及びMOSトランジスタ31のゲート端子に接続されている。
The source terminal of the MOS transistor 421 is connected to the ground of the operational amplifier 1, and the drain terminal is connected to the gate terminal, the drain terminal of the MOS transistor 412, and the gate terminal of the MOS transistor 121.
The source terminal of the MOS transistor 422 is connected to the ground of the operational amplifier 1, and the drain terminal is connected to the gate terminal, the drain terminal of the MOS transistor 411, and the gate terminal of the MOS transistor 31.

MOSトランジスタ43は、ソース端子がオペアンプ1の電源に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ411のソース端子及びMOSトランジスタ412のソース端子に接続されている。また、MOSトランジスタ43のゲート端子には、バイアス電圧が入力される。   The source terminal of the MOS transistor 43 is connected to the power supply of the operational amplifier 1, and the drain terminal is connected to the source terminal of the MOS transistor 411 and the source terminal of the MOS transistor 412. Further, a bias voltage is input to the gate terminal of the MOS transistor 43.

次に、実施の形態1に係る半波整流回路の動作について説明する。ここでは、図2に示す信号選択機能付きオペアンプ10を用いて半波整流回路が構成され、MOSトランジスタ111のゲート端子及びMOSトランジスタ411のゲート端子に信号が入力され、MOSトランジスタ21のゲート端子及びMOSトランジスタ412のゲート端子に基準電圧が入力されるものとする。
この場合、半波整流回路に入力された信号の電圧が基準電圧より高いと、MOSトランジスタ412が導通し、カレントミラー42の効果により電流源12が駆動し、当該信号が入力されたMOSトランジスタ111が導通するため、半波整流回路は当該信号のボルテージフォロアとして動作する。また、半波整流回路に入力された信号の電圧が基準電圧より低いと、MOSトランジスタ411が導通し、カレントミラー42の効果により電流源3が駆動し、当該基準電圧が入力されたMOSトランジスタ21が導通するため、半波整流回路は当該基準電圧のボルテージフォロアとして動作する。その結果、半波整流回路からは上記信号の正側の波形のみが出力される。
Next, the operation of the half wave rectification circuit according to the first embodiment will be described. Here, a half wave rectification circuit is configured using the operational amplifier 10 with a signal selection function shown in FIG. 2, and a signal is input to the gate terminal of the MOS transistor 111 and the gate terminal of the MOS transistor 411. It is assumed that a reference voltage is input to the gate terminal of the MOS transistor 412.
In this case, when the voltage of the signal input to the half-wave rectifier circuit is higher than the reference voltage, the MOS transistor 412 is turned on, and the current source 12 is driven by the effect of the current mirror 42. The half-wave rectifier circuit operates as a voltage follower of the signal. Also, when the voltage of the signal input to the half-wave rectifier circuit is lower than the reference voltage, the MOS transistor 411 is turned on, and the current source 3 is driven by the effect of the current mirror 42. The half-wave rectifier circuit operates as a voltage follower of the reference voltage. As a result, only the positive side waveform of the above signal is output from the half wave rectification circuit.

この半波整流回路では、従来のダイオードを用いた半波整流回路とは異なり、フィードバックループが常に繋がっている。そのため、半波整流回路に入力された信号の電圧と基準電圧の高低が切替わるタイミングでの信号選択機能付きオペアンプ10の出力端子の電圧変動が小さく、オペアンプ1に要求されるスルーレートが小さいという利点がある。
図3に実施の形態1に係る半波整流回路及び従来の半波整流回路に対して1MHzの信号を入力した場合での出力波形の一例を示す。図3において、符号301は実施の形態1に係る半波整流回路及び従来の半波整流回路に入力された1MHzの信号を示し、符号302は実施の形態1に係る半波整流回路から出力された信号を示し、符号303は従来の半波整流回路から出力された信号を示している。この図3に示すように、実施の形態1に係る半波整流回路では、従来のダイオードを用いた半波整流回路に対し、入力波形に対する出力波形の追従性が向上していることが分かる。
In this half-wave rectifier circuit, unlike a conventional half-wave rectifier circuit using a diode, a feedback loop is always connected. Therefore, the voltage fluctuation of the output terminal of the operational amplifier with signal selection function 10 at the timing when the voltage of the signal input to the half wave rectification circuit and the reference voltage switches is small, and the slew rate required of the operational amplifier 1 is small. There is an advantage.
FIG. 3 shows an example of an output waveform when a 1 MHz signal is input to the half wave rectification circuit according to the first embodiment and the conventional half wave rectification circuit. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a 1 MHz signal input to the half wave rectification circuit according to the first embodiment and the conventional half wave rectification circuit, and reference numeral 302 is output from the half wave rectification circuit according to the first embodiment. And a reference numeral 303 indicates a signal output from the conventional half wave rectifier circuit. As shown in FIG. 3, it can be seen that in the half wave rectification circuit according to the first embodiment, the followability of the output waveform to the input waveform is improved as compared to the conventional half wave rectification circuit using a diode.

また、実施の形態1に係る半波整流回路では、入力される信号の振幅が小さい場合でも出力波形の誤差を抑制可能となる。すなわち、入力される信号の振幅が小さい場合、出力波形の誤差を抑制するため、入力差動対11及び入力差動対2のうちの動作させる入力差動対の切替えを急峻に行う必要がある。そこで、この場合には、電流源選択回路4の入力差動対41のトランジスタサイズW/Lを大きくすることで、ゲート−ソース間電圧(VGS)−閾値電圧(VTH)を小さくする。なお、電流源選択用の入力差動対41は演算増幅用の入力差動対11及び入力差動対2とは別体であり、この入力差動対41のトランジスタサイズW/Lを大きくしても信号選択機能付きオペアンプ10の帯域は高くならない。
このように、実施の形態1に係る半波整流回路では、入力される信号の振幅が小さい場合でも出力波形の誤差を抑制可能となり、回路設計が容易となる。
Further, in the half wave rectification circuit according to the first embodiment, even when the amplitude of the input signal is small, the error of the output waveform can be suppressed. That is, when the amplitude of the input signal is small, in order to suppress the error of the output waveform, it is necessary to rapidly switch the input differential pair to be operated among the input differential pair 11 and the input differential pair 2 . Therefore, in this case, by increasing the transistor size W / L of the input differential pair 41 of the current source selection circuit 4, the gate-source voltage (VGS) −the threshold voltage (VTH) is reduced. The input differential pair 41 for current source selection is separate from the input differential pair 11 for operational amplification and the input differential pair 2, and the transistor size W / L of the input differential pair 41 is increased. However, the bandwidth of the signal selection functional operational amplifier 10 does not increase.
As described above, in the half-wave rectifier circuit according to the first embodiment, even when the amplitude of the input signal is small, the error of the output waveform can be suppressed, and the circuit design becomes easy.

上記では、入力された信号の正側の波形のみを出力する半波整流回路の場合を示した。一方、入力された信号の負側の波形のみを出力する半波整流回路の場合には、例えば、電流源選択回路4の選択結果に対して、対応する電流源を入れ替えることで構成可能である。一方、入力差動対11及び入力差動対2がNMOSトランジスタを用いて構成される場合、入力差動対11及び入力差動対2が動作する入力電圧の下限が、NMOSトランジスタの閾値電圧で制限される。よって、入力された信号の負側の波形のみを出力する半波整流回路の場合には、例えば図4に示すように入力差動対11及び入力差動対2をPMOSトランジスタを用いて構成することで、低い入力電圧にも対応可能となる。   In the above, the case of the half wave rectifier circuit which outputs only the positive side waveform of the input signal was shown. On the other hand, in the case of a half wave rectification circuit that outputs only the negative side waveform of the input signal, for example, it is possible to replace the corresponding current source with the selection result of the current source selection circuit 4 . On the other hand, when the input differential pair 11 and the input differential pair 2 are configured using NMOS transistors, the lower limit of the input voltage at which the input differential pair 11 and the input differential pair 2 operate is the threshold voltage of the NMOS transistor. Limited Therefore, in the case of a half wave rectification circuit that outputs only the negative side waveform of the input signal, for example, as shown in FIG. 4, the input differential pair 11 and the input differential pair 2 are configured using PMOS transistors. This makes it possible to cope with low input voltages.

この場合、電圧の高低関係と動作するMOSトランジスタ111,21の関係が逆転する。すなわち、半波整流回路に入力された信号の電圧が基準電圧より低いと、MOSトランジスタ412が導通し、カレントミラー42の効果により電流源12が駆動し、当該信号が入力されたMOSトランジスタ111が導通するため、半波整流回路は当該信号のボルテージフォロアとして動作する。また、半波整流回路に入力された信号の電圧が基準電圧より高いと、MOSトランジスタ411が導通し、カレントミラー42の効果により電流源3が駆動し、当該基準電圧が入力されたMOSトランジスタ21が導通するため、半波整流回路は基準電圧のボルテージフォロアとして動作する。その結果、半波整流回路からは上記信号の負側の波形のみが出力される。   In this case, the relationship between the high and low voltage relationships and the relationship between the operating MOS transistors 111 and 21 is reversed. That is, when the voltage of the signal input to the half wave rectification circuit is lower than the reference voltage, the MOS transistor 412 is turned on, the current source 12 is driven by the effect of the current mirror 42, and the MOS transistor 111 to which the signal is input is output. In order to conduct, the half wave rectification circuit operates as a voltage follower of the signal. Also, when the voltage of the signal input to the half wave rectification circuit is higher than the reference voltage, the MOS transistor 411 is turned on, and the current source 3 is driven by the effect of the current mirror 42, and the MOS transistor 21 to which the reference voltage is input. The half-wave rectifier circuit operates as a voltage follower of the reference voltage. As a result, only the negative side waveform of the above signal is output from the half wave rectification circuit.

なお上記では、電流源選択回路4の入力差動対41のトランジスタサイズW/Lを大きくすることで、入力差動対11及び入力差動対2のうちの動作させる入力差動対の切替えを急峻に行う場合を示した。それに対し、例えば、図5に示すように、電流源選択回路4の前段に差動増幅回路5を設けて、差動増幅回路5により電流源選択回路4への入力信号自体を増幅してもよい。これにより、入力差動対11及び入力差動対2のうちの動作させる入力差動対の切替えを更に急峻に行うことができる。   In the above, the transistor size W / L of the input differential pair 41 of the current source selection circuit 4 is increased to switch the input differential pair to be operated among the input differential pair 11 and the input differential pair 2. It showed the case of doing it sharply. On the other hand, for example, as shown in FIG. 5, even if the differential amplifier circuit 5 is provided at the front stage of the current source selection circuit 4, the input signal itself to the current source selection circuit 4 is amplified by the differential amplifier circuit 5. Good. This makes it possible to switch the operating input differential pair among the input differential pair 11 and the input differential pair 2 more sharply.

差動増幅回路5は、入力差動対11(MOSトランジスタ111のゲート端子)及び入力差動対2(MOSトランジスタ21のゲート端子)に入力される電圧の差動成分を増幅する。この差動増幅回路5は、入力差動対51、抵抗52、抵抗53及びMOSトランジスタ54を有している。   Differential amplifier circuit 5 amplifies a differential component of the voltage input to input differential pair 11 (the gate terminal of MOS transistor 111) and input differential pair 2 (the gate terminal of MOS transistor 21). The differential amplifier circuit 5 includes an input differential pair 51, a resistor 52, a resistor 53, and a MOS transistor 54.

入力差動対51は、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ511、及び、PMOSトランジスタであるMOSトランジスタ512を有している。   The input differential pair 51 includes a MOS transistor 511 which is a PMOS transistor and a MOS transistor 512 which is a PMOS transistor.

MOSトランジスタ511は、ゲート端子がMOSトランジスタ111のゲート端子に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ412のゲート端子に接続されている。
MOSトランジスタ512は、ゲート端子がMOSトランジスタ21のゲート端子に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ411のゲート端子に接続されている。
The gate terminal of the MOS transistor 511 is connected to the gate terminal of the MOS transistor 111, and the drain terminal is connected to the gate terminal of the MOS transistor 412.
The gate terminal of the MOS transistor 512 is connected to the gate terminal of the MOS transistor 21, and the drain terminal is connected to the gate terminal of the MOS transistor 411.

抵抗52は、一端がMOSトランジスタ511のドレイン端子及びMOSトランジスタ412のゲート端子に接続され、他端がオペアンプ1のグランドに接続されている。
抵抗53は、一端がMOSトランジスタ512のドレイン端子及びMOSトランジスタ411のゲート端子に接続され、他端がオペアンプ1のグランドに接続されている。
One end of the resistor 52 is connected to the drain terminal of the MOS transistor 511 and the gate terminal of the MOS transistor 412, and the other end is connected to the ground of the operational amplifier 1.
One end of the resistor 53 is connected to the drain terminal of the MOS transistor 512 and the gate terminal of the MOS transistor 411, and the other end is connected to the ground of the operational amplifier 1.

MOSトランジスタ54は、ソース端子がオペアンプ1の電源に接続され、ドレイン端子がMOSトランジスタ511のソース端子及びMOSトランジスタ512のソース端子に接続されている。また、MOSトランジスタ54のゲート端子には、バイアス電圧が入力される。   The source terminal of the MOS transistor 54 is connected to the power supply of the operational amplifier 1, and the drain terminal is connected to the source terminal of the MOS transistor 511 and the source terminal of the MOS transistor 512. Further, a bias voltage is input to the gate terminal of the MOS transistor 54.

この場合、電流源選択回路4は、差動増幅回路5により増幅された差動成分により、電流源12及び電流源3のうちの駆動させる電流源を選択する。   In this case, the current source selection circuit 4 selects a current source to be driven out of the current source 12 and the current source 3 according to the differential component amplified by the differential amplifier circuit 5.

また、入力された信号の負側の波形のみを出力する半波整流回路に用いられる信号選択機能付きオペアンプ10の場合に対し、差動増幅回路5を追加した場合には、例えば図6に示すような回路構成となる。   Also, in the case of the differential amplifier circuit 5 being added to the case of the operational amplifier 10 with signal selection function used in the half wave rectification circuit that outputs only the negative side waveform of the input signal, for example, as shown in FIG. The circuit configuration is as follows.

また上記では、差動増幅回路5として、図5,6に示される回路構成のものを用いた場合を示した。しかしながら、差動増幅回路5の回路構成はこれに限らず、入力差動対11及び入力差動対2に入力される電圧の差動成分を増幅する構成であればよい。
例えば、図5に示す抵抗52,53を図6に示す能動負荷13のMOSトランジスタ131,132に置き換えてもよい。同様に、例えば、図6に示す抵抗52,53を図5に示す能動負荷13のMOSトランジスタ131,132に置き換えてもよい。
Further, in the above, the case where the circuit configuration shown in FIG. However, the circuit configuration of the differential amplifier circuit 5 is not limited to this, as long as the differential components of the voltages input to the input differential pair 11 and the input differential pair 2 are amplified.
For example, the resistors 52 and 53 shown in FIG. 5 may be replaced with the MOS transistors 131 and 132 of the active load 13 shown in FIG. Similarly, for example, the resistors 52 and 53 shown in FIG. 6 may be replaced with the MOS transistors 131 and 132 of the active load 13 shown in FIG.

また上記では、オペアンプ1として、図2,4−6に示される回路構成のものを用いた場合を示した。しかしながら、オペアンプ1の回路構成はこれに限らず、入力差動対11及び電流源12を有する構成であればよい。   In the above, the case where the circuit configuration shown in FIGS. 2 and 4-6 is used as the operational amplifier 1 is shown. However, the circuit configuration of the operational amplifier 1 is not limited to this, as long as the input differential pair 11 and the current source 12 are provided.

また上記では、信号選択機能付きオペアンプ10が半波整流回路に適用され、入力差動対2が単一である場合を示した。しかしながら、信号選択機能付きオペアンプ10の適用先はこれに限らず、また、入力差動対11に対して複数の入力差動対2が並列接続されていてもよい。
ここで、入力差動対41がNMOSトランジスタを用いて構成された場合には、入力差動対11及び複数の入力差動対2のうちの最高電圧が入力された入力差動対が導通し、他の入力差動対はカットオフ領域となる。また、入力差動対41がPMOSトランジスタを用いて構成された場合には、入力差動対11及び複数の入力差動対2のうちの最低電圧が入力された入力差動対が導通し、他の入力差動対はカットオフ領域となる。
In the above, the case where the operational amplifier with signal selection function 10 is applied to the half wave rectification circuit and the input differential pair 2 is single is shown. However, the application destination of the operational amplifier with signal selection function 10 is not limited to this, and a plurality of input differential pairs 2 may be connected in parallel to the input differential pair 11.
Here, when the input differential pair 41 is configured using an NMOS transistor, the input differential pair to which the highest voltage of the input differential pair 11 and the plurality of input differential pairs 2 is input conducts. , And other input differential pairs are cut off regions. When the input differential pair 41 is configured using PMOS transistors, the input differential pair to which the lowest voltage of the input differential pair 11 and the plurality of input differential pairs 2 is input conducts. The other input differential pair is in the cutoff region.

以上のように、この実施の形態1によれば、入力差動対11及び電流源12を有するCMOS型のオペアンプ1と、入力差動対11に並列接続された1つ以上の入力差動対2と、入力差動対2毎に設けられ、当該入力差動対2を駆動させる電流源3と、入力差動対11及び入力差動対2に入力された電圧の高低により、電流源12及び電流源3のうちの駆動させる電流源を選択する電流源選択回路4とを備えたので、入力される信号が高速な場合でも出力波形の乱れの小さい入力回路を実現できる。   As described above, according to the first embodiment, the CMOS type operational amplifier 1 having the input differential pair 11 and the current source 12, and one or more input differential pairs connected in parallel to the input differential pair 11. 2 and a current source 3 provided for each input differential pair 2 to drive the input differential pair 2, and a current source 12 due to high and low voltages inputted to the input differential pair 11 and the input differential pair 2. And, since the current source selection circuit 4 for selecting the current source to be driven out of the current sources 3 is provided, it is possible to realize an input circuit with less disturbance of the output waveform even when the input signal is high speed.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, modifications of optional components of the embodiment or omission of optional components of the embodiment is possible.

1 オペアンプ
2 入力差動対(第2の入力差動対)
3 電流源(第2の電流源)
4 電流源選択回路
5 差動増幅回路
10 信号選択機能付きオペアンプ(入力回路)
11 入力差動対
12 電流源
13 能動負荷
14 出力段
21 MOSトランジスタ(第3のMOSトランジスタ)
22 MOSトランジスタ(第4のMOSトランジスタ)
31 MOSトランジスタ
41 入力差動対
42 カレントミラー
43 MOSトランジスタ
51 入力差動対
52 抵抗
53 抵抗
54 MOSトランジスタ
111 MOSトランジスタ(第1のMOSトランジスタ)
112 MOSトランジスタ(第2のMOSトランジスタ)
121 MOSトランジスタ
131 MOSトランジスタ
132 MOSトランジスタ
141 MOSトランジスタ
142 抵抗
143 コンデンサ
144 MOSトランジスタ
411 MOSトランジスタ
412 MOSトランジスタ
421 MOSトランジスタ
422 MOSトランジスタ
511 MOSトランジスタ
512 MOSトランジスタ
1 op amp 2 input differential pair (second input differential pair)
3 current source (second current source)
4 current source selection circuit 5 differential amplifier circuit 10 operational amplifier with signal selection function (input circuit)
11 input differential pair 12 current source 13 active load 14 output stage 21 MOS transistor (third MOS transistor)
22 MOS transistor (fourth MOS transistor)
31 MOS transistor 41 input differential pair 42 current mirror 43 MOS transistor 51 input differential pair 52 resistor 53 resistor 54 MOS transistor 111 MOS transistor (first MOS transistor)
112 MOS transistor (second MOS transistor)
121 MOS transistor 131 MOS transistor 132 MOS transistor 141 MOS transistor 142 resistor 143 capacitor 144 MOS transistor 411 MOS transistor 412 MOS transistor 421 MOS transistor 422 MOS transistor 511 MOS transistor 512 MOS transistor

Claims (3)

入力差動対、及び当該入力差動対を駆動させる電流源を有するCMOS型のオペアンプと、
前記入力差動対に並列接続された1つ以上の第2の入力差動対と、
前記第2の入力差動対毎に設けられ、当該第2の入力差動対を駆動させる第2の電流源と、
前記入力差動対及び前記第2の入力差動対に入力された電圧の高低により、前記電流源及び前記第2の電流源のうちの駆動させる電流源を選択する電流源選択回路と
を備えた入力回路。
A CMOS-type operational amplifier having an input differential pair and a current source for driving the input differential pair;
One or more second input differential pairs connected in parallel to the input differential pair;
A second current source provided for each of the second input differential pairs and driving the second input differential pair;
A current source selection circuit for selecting one of the current source and the second current source to be driven according to the level of the voltage input to the input differential pair and the second input differential pair Input circuit.
前記入力差動対及び前記第2の入力差動対に入力される電圧の差動成分を増幅する差動増幅回路を備え、
前記電流源選択回路は、前記差動増幅回路により増幅された差動成分により、前記電流源及び前記第2の電流源のうちの駆動させる電流源を選択する
ことを特徴とする請求項1記載の入力回路。
A differential amplification circuit that amplifies differential components of voltages input to the input differential pair and the second input differential pair;
The current source selection circuit selects a current source to be driven out of the current source and the second current source according to the differential component amplified by the differential amplifier circuit. Input circuit.
前記入力差動対は、ゲート端子が非反転入力端子となる第1のMOSトランジスタ及びゲート端子が反転入力端子となる第2のMOSトランジスタから成り、
前記第2の入力差動対は、単一であり、ドレイン端子が前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子に接続された第3のMOSトランジスタ及びドレイン端子が前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子に接続された第4のMOSトランジスタから成り、
前記オペアンプは、出力端子が前記第2のMOSトランジスタのゲート端子及び前記第4のMOSトランジスタのゲート端子に接続され、
前記第1のMOSトランジスタのゲート端子及び前記第3のMOSトランジスタのゲート端子のうちの一方には基準電圧が入力され、他方には信号が入力される
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の入力回路。
The input differential pair comprises a first MOS transistor whose gate terminal is a non-inversion input terminal and a second MOS transistor whose gate terminal is an inversion input terminal.
The second input differential pair is single, the third MOS transistor whose drain terminal is connected to the drain terminal of the first MOS transistor, and the drain terminal is the drain terminal of the second MOS transistor. Consisting of a connected fourth MOS transistor,
An output terminal of the operational amplifier is connected to a gate terminal of the second MOS transistor and a gate terminal of the fourth MOS transistor.
The reference voltage is input to one of the gate terminal of the first MOS transistor and the gate terminal of the third MOS transistor, and the signal is input to the other. The input circuit of 2.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02249979A (en) * 1989-03-24 1990-10-05 Sony Corp Both wave rectifying circuit
JPH05206752A (en) * 1992-01-30 1993-08-13 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2005017536A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Nec Yamagata Ltd Display control circuit
JP2011188117A (en) * 2010-03-05 2011-09-22 Toshiba Corp Amplifier, and communication apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02249979A (en) * 1989-03-24 1990-10-05 Sony Corp Both wave rectifying circuit
JPH05206752A (en) * 1992-01-30 1993-08-13 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2005017536A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Nec Yamagata Ltd Display control circuit
JP2011188117A (en) * 2010-03-05 2011-09-22 Toshiba Corp Amplifier, and communication apparatus

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