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JP4245102B2 - Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit - Google Patents

Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit Download PDF

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JP4245102B2
JP4245102B2 JP30125699A JP30125699A JP4245102B2 JP 4245102 B2 JP4245102 B2 JP 4245102B2 JP 30125699 A JP30125699 A JP 30125699A JP 30125699 A JP30125699 A JP 30125699A JP 4245102 B2 JP4245102 B2 JP 4245102B2
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雅之 植野
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Kawasaki Microelectronics Inc
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、しきい値検出回路、しきい値調整回路、および二乗回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、アナログ信号を入力し、入力されたアナログ信号を乗算する乗算回路が知られている。
【0003】
図4は、従来の乗算回路の回路図である。
【0004】
図4に示す乗算回路400には、直流電圧Vdが重畳されたアナログ電圧vdが入力される入力端子411と、各一端が入力端子411に共通接続された2つのNMOSトランジスタ412,413と、それらNMOSトランジスタ412,413のゲートに接続された入力端子414,415とが備えられている。入力端子414には直流電圧Vgが重畳されたアナログ電圧vgが入力され、入力端子415には直流電圧Vgが入力される。
【0005】
また、この乗算回路400には、各一方の入力側がNMOSトランジスタ412,413の各他端に接続された電流電圧変換回路416,417と、それら電流電圧変換回路416,417の各他方の入力側に共通接続された入力端子418が備えられている。電流電圧変換回路416は、演算増幅回路416aと抵抗素子416bから構成されており、電流電圧変換回路417は、演算増幅回路417aと抵抗素子417bから構成されている。また、入力端子418には直流電圧Vdが入力される。
【0006】
さらに、乗算回路400には、入力側が電流電圧変換回路416,417の出力側に接続された減算回路419と、その減算回路419の出力側に接続された出力端子420が備えられている。
【0007】
このように構成された乗算回路400では、アナログ電圧vgが正の電圧値の場合、NMOSトランジスタ412,413の飽和領域において流れる電流I1,I2は、以下のように表わされる。
【0008】
1=β1{(Vg+vg-Vd-Vt1)vd+vd2/2}
2=β2{(Vg-Vd-Vt2)vd+vd2/2}
但し、β1,β2はプロセス(チャネル幅W,チャネル長Lやキャリアの移動等)で定まる定数、Vt1,Vt2はNMOSトランジスタ412,413のしきい値である。
【0009】
ここで、電流電圧変換回路416,417を構成する抵抗素子416b,417bの値を1Ωとすると、電流電圧変換回路416,417から出力される電圧v1,v2は、
v1=Vd-I1
v2=Vd-I2
となる。従って、減算回路419のゲインを1とし、かつβ1=β2,Vt1=Vt2とすると、出力端子420の電圧v0は、
v0=β1vgvd
となる。このようにして、図4に示す乗算回路400で、入力されたアナログ電圧vgとアナログ電圧vdとの乗算が行なわれる。ここで、入力されたアナログ電圧vgとアナログ電圧vdの値が同一の場合、二乗回路が実現される。
【0010】
尚、アナログ電圧vgが負の電圧値の場合も、上述したアナログ電圧vgが正の電圧値の場合と同様にして、入力されたアナログ電圧vgとアナログ電圧vdとの乗算が行なわれる。
【0011】
しかし、乗算回路400を構成する2つのNMOSトランジスタ412,413の、チャネル幅W,チャネル長L等を表わすトランジスタサイズやしきい値等の特性を同一に製造することは困難であり、このため必ずしもβ1=β2,Vt1=Vt2とはならず、従って高い精度で乗算を行なうことは困難であるという問題がある。
【0012】
そこで、特公昭63−46474号公報に、1つのNMOSトランジスタを用いてアナログ信号の乗算を行なう乗算回路が提案されている。
【0013】
図5は、特公昭63−46474号公報に提案された乗算回路の回路図である。
【0014】
尚、図4に示す乗算回路400の構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付して説明する。
【0015】
図5に示す乗算回路500には、前述した入力端子411,418,NMOSトランジスタ412,電流電圧変換回路416,減算回路419,出力端子420と、各一端がNMOSトランジスタ412のゲートに共通接続されるとともに、各他端が直流電圧Vgが重畳されたアナログ電圧vgが入力される入力端子414,直流電圧Vgが入力される入力端子415に接続されたスイッチ511,512が備えられている。
【0016】
また、乗算回路500には、各一端が電流電圧変換回路416の出力側に共通接続されたスイッチ513,514と、入力側がスイッチ513,514の他端に接続されるとともに出力側が減算回路419の入力側に接続されたサンプルホールド回路515,516が備えられている。
【0017】
この乗算回路500では、先ず、図示しないスイッチ切替手段によりスイッチ511,512がオン状態,オフ状態にされるとともに、スイッチ513,514もオン状態,オフ状態にされる。すると、NMOSトランジスタ412を経由して電流電圧変換回路416に電流I1が流れ、その電流電圧変換回路416で電流・電圧変換された電圧v1が出力される。この電圧v1はスイッチ513を経由してサンプルホールド回路515に保持される。次いで、スイッチ511,512がオフ状態,オン状態に切り替えられるとともに、スイッチ513,514もオフ状態,オン状態に切り替えられて、NMOSトランジスタ412を経由して電流電圧変換回路416に電流I2が流れその電流電圧変換回路416から電圧v2が出力される。この電圧v2はスイッチ514を経由してサンプルホールド回路516に保持される。これらの電圧v1,v2が減算回路419に入力され、図4を参照して説明したと同様にして、その減算回路419から出力端子420に電圧v0(β1vgvd)が出力される。この電圧v0は、1つのNMOSトランジスタ412を用いて得られたものであるため、互いに異なるサイズや特性を有する2つのMOSトランジスタを用いた場合と比較し、高い精度で乗算結果を得ることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した乗算回路500では、乗算結果の精度を高めるには、NMOSトランジスタ412の非飽和領域を広く確保する必要があり、従って高い電源電圧が必要であるという問題がある。
【0019】
また、特公平4−50633号公報には、エンハンス形のMOSトランジスタに起因して発生する高調波歪みやバイアス電圧の印加に伴う構成の複雑化を避けるために、デプリーション形のMOSトランジスタを用いた乗算回路が提案されている。しかし、この乗算回路では、デプリーション形のMOSトランジスタの製造にあたり多くの工程が必要であるという問題がある。
【0020】
さらに、特公平1−59622号公報や特公平2−52307号公報には、集積化にあたり比較的大きな面積や消費電力を必要とする抵抗素子に代えて、コンデンサ素子を用いた乗算回路が提案されている。しかし、一般に、コンデンサ素子の容量精度は低く、コンデンサ素子の容量精度を高めるためには、特別なプロセスが必要であるという問題がある。
【0021】
また、特公平5−42033号公報やUSパテント(パテントNo.4585961)には、MOSトランジスタの飽和領域を用いた二乗回路が提案されている。しかし、これらの公報に提案された技術では、入力段において、電源電圧とグラウンドとの間に3つのMOSトランジスタが直列接続された構成であるため、比較的高い電源電圧が必要であるという問題がある。
【0022】
本発明は、上記事情に鑑み、比較的低い電源電圧で精度の高い乗算結果が得られる二乗回路に好適なしきい値検出回路、しきい値調整回路、およびその二乗回路を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のしきい値検出回路は、
(1_1)所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路
(1_2)その第1の定電流回路に直列に接続され上記参照電圧に応じて、上記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路
(1_3)上記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、上記第2の電流と上記第1の電流との差分の電流を流す、しきい値検出対象用の第1のMOSトランジスタを備えたことを特徴とする。
【0024】
また、上記目的を達成する本発明のしきい値調整回路は、
(2_1)所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路
(2_2)その第1の定電流回路に直列に接続され上記参照電圧に応じて、上記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路
(2_3)上記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、上記第2の電流と上記第1の電流との差分の電流を流す第1のMOSトランジスタ
(2_4)上記第1の定電流回路と上記第2の定電流回路とが接続されたノードの電圧が上記参照電圧と等しくなるように上記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧を調整する基板バイアス電圧調整回路を備えたことを特徴とする。
【0025】
さらに、上記目的を達成する本発明の二乗回路は、
(3_1)所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路
(3_2)その第1の定電流回路に直列に接続され上記参照電圧に応じて、上記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路
(3_3)上記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、上記第2の電流と上記第1の電流との差分の電流を流す第1のMOSトランジスタ
(3_4)上記第1の定電流回路と上記第2の定電流回路とが接続されたノードの電圧が上記参照電圧と等しくなるように上記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧を調整する基板バイアス電圧調整回路
(3_5)ゲートに入力電圧が入力されその入力電圧に応じた電流を流す、上記基板バイアス電圧調整回路により上記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧と同じ基板バイアス電圧に調整された第2のMOSトランジスタを備えたことを特徴とする。
【0026】
本発明は、MOSトランジスタの,飽和領域における電流特性に着目してなされたものであり、例えばNMOSトランジスタの場合、その飽和領域における電流Iは、
I=β/2(Vgs-Vt)2 …(A)
と表わすことができる。但し、βはプロセスで定まる定数、VgsはNMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧、VtはNMOSトランジスタのしきい値である。ここで、NMOSトランジスタに微小電流を流すことによりVtを求め、その求めたVtを、例えば0に調整すると、上述した式(A)は
I∝Vgs2 …(B)
となる。このような電流Iを電圧に変換すれば、Vgs2に比例した電圧が得られる。
【0027】
本発明のしきい値検出回路は、第1のMOSトランジスタに、検出誤差として許容できるレベルとしての、上記第2の電流と第1の電流との差分の電流を流す構成であり、その差分の電流を十分小さくすることにより第1のMOSトランジスタのしきい値を求めることができる。
【0028】
また、本発明のしきい値調整回路は、基板バイアス電圧調整回路で第1の定電流回路と第2の定電流回路とが接続されたノードの電圧が参照電圧と等しくなるように、第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧を調整するものであるため、その第1のMOSトランジスタのしきい値を参照電圧で調整することができる。
【0029】
さらに、本発明の二乗回路は、基板バイアス電圧調整回路により第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧と同じ基板バイアス電圧に調整された第2のMOSトランジスタを備え、その第2のMOSトランジスタのゲートに入力電圧を入力しその入力電圧に応じた電流を流すものであるため、第2のMOSトランジスタを、例えばNMOSトランジスタとすると、そのNMOSトランジスタの飽和領域における電流Iは、
I=β/2(Vin-Vref)2 …(C)
と表わすことができる。但し、VinはNMOSトランジスタのゲートに入力される、上述した式(A)におけるゲート・ソース間電圧Vgsに代わる入力電圧である。またVrefは、上述した式(A)におけるNMOSトランジスタのしきい値Vtに代わる参照電圧である。ここで、Vrefを、例えば0に調整すると、上述した式は
I∝Vin2
となる。このような電流Iを電圧に変換すれば、入力された入力電圧Vinの二乗に比例した電圧が得られる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0031】
図1は、本発明の第1実施形態のしきい値検出回路の回路図である。
【0032】
図1に示すしきい値検出回路110には、電源電圧VddとグラウンドGND間に直列接続されたPMOSトランジスタ111およびNMOSトランジスタ112と、そのNMOSトランジスタ112のゲートに接続されて所定の参照電圧Vrefが入力される入力端子116が備えられている。
【0033】
また、このしきい値検出回路110には、ゲートが入力端子116に接続されその入力端子116に入力された参照電圧Vrefに応じた第1の電流I1を流すNMOSトランジスタ113(本発明にいう第1の定電流回路に相当)が備えられている。
【0034】
さらに、しきい値検出回路110には、NMOSトランジスタ113に直列に接続され参照電圧Vrefに応じて、第1の電流I1と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流I2を流すPMOSトランジスタ114(本発明にいう第2の定電流回路に相当)が備えられている。このPMOSトランジスタ114のゲートは、PMOSトランジスタ111のゲート、およびPMOSトランジスタ111とNMOSトランジスタ112との接続点に接続されている。
【0035】
また、しきい値検出回路110には、NMOSトランジスタ113に並列にダイオード接続されるとともに出力端子117に接続された、第2の電流I2と第1の電流I1との差分の電流Idsを流す、しきい値検出対象用のNMOSトランジスタ115(本発明にいう第1のMOSトランジスタに相当)が備えられている。ここで、PMOSトランジスタ111,NMOSトランジスタ112,113,115と、PMOSトランジスタ114とのトランジスタサイズ比は、1:1+α(αは1から10%程度)である。
【0036】
このように構成されたしきい値検出回路110の入力端子116に、所定の参照電圧Vrefが入力される。すると、NMOSトランジスタ112,113がオン状態になる。NMOSトランジスタ112がオン状態になるため、PMOSトランジスタ111,114のゲート電位が低下し、PMOSトランジスタ111,114がオン状態になり、それらPMOSトランジスタ111,114には、サイズ比1:1+αに見合った電流が流れる。即ち、PMOSトランジスタ111には、電源電圧Vdd→PMOSトランジスタ111→NMOSトランジスタ112→グラウンドGNDの経路でサイズ比1に見合った電流I3が流れる。一方、PMOSトランジスタ114には、ゲートに入力された参照電圧Vrefによりオン状態にされたNMOSトランジスタ113に流れる電流I1と、そのNMOSトランジスタ113に並列接続されたNMOSトランジスタ115に流れる電流Idsとの合計であるサイズ比(1+α)に見合った電流I2が流れる。
【0037】
ここで、出力端子117には、NMOSトランジスタ115に流れる電流Idsによる、そのNMOSトランジスタ115の飽和領域におけるゲート・ソース間の電圧Vgsが出力される。この電圧Vgsは、
Vgs=Vt+(2Ids/β)1/2
と表すことができる。但し、βはプロセスで定まる定数、VtはNMOSトランジスタ115のしきい値である。ここで、電流Idsは、検出誤差として許容できるレベルの十分小さい電流であり、従って電圧Vgsは、
Vgs≒Vt
となる。このようにして、NMOSトランジスタ115のしきい値Vtが検出される。次に、このしきい値Vtを用いて、入力されるアナログ電圧を二乗して出力する二乗回路について説明する。
【0038】
図2は、本発明の第1実施形態の二乗回路の回路図である。
【0039】
図2に示す二乗回路100には、図1に示すしきい値検出回路110と、そのしきい値検出回路110を構成するNMOSトランジスタ113とPMOSトランジスタ114とが接続されたノードの電圧が参照電圧Vrefと等しくなるようにNMOSトランジスタ115の基板バイアス電圧を調整するオペアンプ121(本発明にいう基板バイアス電圧調整回路に相当)が備えられている。尚、しきい値検出回路110およびオペアンプ121からしきい値調整回路120が構成されている。
【0040】
また、二乗回路100には、参照電圧Vrefよりも高い入力電圧vinが入力される入力端子131と、その入力端子131にゲートが接続されそのゲートに入力された入力電圧vinに応じた電流を流す、オペアンプ121によりNMOSトランジスタ115の基板バイアス電圧と同じ基板バイアス電圧に調整されたNMOSトランジスタ132(本発明にいう第2のMOSトランジスタ)が備えられている。
【0041】
さらに、二乗回路100には、電源電圧VddとNMOSトランジスタ132間に配置されたPMOSトランジスタ133と、ゲートがPMOSトランジスタ133のゲートに接続されるとともにNMOSトランジスタ132とPMOSトランジスタ133との接続点に接続されたPMOSトランジスタ134と、そのPMOSトランジスタ134とグラウンドGND間に配置された抵抗素子135と、PMOSトランジスタ134と抵抗素子135との接続点に接続された出力端子136とが備えられている。
【0042】
このように構成された二乗回路100の入力端子116,131に参照電圧Vref,入力電圧vinが入力される。すると、オペアンプ121の正相入力にはNMOSトランジスタ113とPMOSトランジスタ114とが接続されたノードの電圧(しきい値Vt)が入力され、また逆相入力には参照電圧Vrefが入力される。オペアンプ121では、そのノードの電圧が参照電圧Vrefと等しくなるように、そのオペアンプ121からNMOSトランジスタ115のバックゲートに向けて調整電圧が出力され、これによりNMOSトランジスタ115の基板バイアス電圧が調整される。
【0043】
また、NMOSトランジスタ132のゲートには入力電圧vinが入力されており、そのNMOSトランジスタ132のバックゲートにもオペアンプ121からの調整電圧が入力され、これによりNMOSトランジスタ132はオン状態になる。すると、PMOSトランジスタ133とNMOSトランジスタ132の接続点の電位が低下してPMOSトランジスタ133がオン状態になり、電源電圧Vdd→PMOSトランジスタ133→NMOSトランジスタ132→グラウンドGNDの経路で電流が流れる。また、PMOSトランジスタ134もオン状態になり、電源電圧Vdd→PMOSトランジスタ134→抵抗素子135→グラウンドGNDの経路で電流が流れる。ここで、PMOSトランジスタ134に流れる電流をIとすると、この電流Iは、
I=β/2(vin-Vref)2 …(1)
と表わされる。ここで、抵抗素子135の値Rを2/βとすると、出力端子136の電圧voは
v0=(vin-Vref)2 …(2)
と表わされる。さらに、Vref=0とすれば(2)式は、
v0=(vin)2 …(3)
と表わされる。このようにして、入力電圧vinが2乗された電圧v0が得られる。
【0044】
上述したように、本実施形態の二乗回路100では、NMOSトランジスタ115の飽和領域におけるしきい値Vtが参照電圧Vrefと等しくなるようにオペアンプ121でNMOSトランジスタ115の基板バイアス電圧に調整されるとともに、入力電圧vinが入力されたNMOSトランジスタ132もその基板バイアス電圧に調整されて、上記(3)式で表わされる、入力電圧vinが2乗された電圧v0を得るものであるため、従来の、乗算結果の精度を高めるために高い電源電圧を印加して非飽和領域を広げる技術や、入力段において電源電圧とグラウンド間に3つのMOSトランジスタが直列接続された技術と比較し、比較的低い電源電圧で精度の高い乗算結果が得られる。
【0045】
図3は、本発明の第2実施形態の二乗回路の回路図である。
【0046】
前述した第1実施形態の二乗回路100では、NMOSトランジスタのしきい値Vtを用いた例で説明したが、本実施形態ではPMOSトランジスタのしきい値Vtを用いた例で説明する。図3に示す二乗回路200を構成するしきい値検出回路210には、電源電圧VddとグラウンドGND間に直列接続されたPMOSトランジスタ212およびNMOSトランジスタ211と、そのPMOSトランジスタ212のゲートに接続されて所定の参照電圧Vrefが入力される入力端子216が備えられている。また、ゲートが入力端子216に接続されその入力端子216に入力された参照電圧Vrefに応じた第1の電流I1を流すPMOSトランジスタ213(本発明にいう第1の定電流回路に相当)が備えられている。さらに、そのPMOSトランジスタ213に直列に接続され参照電圧Vrefに応じて、第1の電流I1と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流I2を流すNMOSトランジスタ214(本発明にいう第2の定電流回路に相当)が備えられている。このNMOSトランジスタ214のゲートは、NMOSトランジスタ211のゲート、およびPMOSトランジスタ212とNMOSトランジスタ211の接続点に接続されている。また、PMOSトランジスタ213に並列にダイオード接続された、第2の電流I2と第1の電流I1との差分の電流Isdを流す、しきい値検出対象用のPMOSトランジスタ215(本発明にいう第1のMOSトランジスタに相当)が備えられている。ここで、PMOSトランジスタ212,213,215,NMOSトランジスタ211と、NMOSトランジスタ214とのトランジスタサイズ比は、1:1+α(αは1から10%程度)である。
【0047】
また、二乗回路200には、しきい値検出回路210を構成するPMOSトランジスタ213とNMOSトランジスタ214とが接続されたノードの電圧が参照電圧Vrefと等しくなるようにPMOSトランジスタ215の基板バイアス電圧を調整するオペアンプ221(本発明にいう基板バイアス電圧調整回路に相当)が備えられている。尚、しきい値検出回路210とオペアンプ221からしきい値調整回路220が構成されている。
【0048】
さらに、二乗回路200には、参照電圧Vrefよりも低い入力電圧vinが入力される入力端子231と、その入力端子231にゲートが接続されそのゲートに入力された入力電圧vinに応じた電流を流す、オペアンプ221によりPMOSトランジスタ215の基板バイアス電圧と同じ基板バイアス電圧に調整されたPMOSトランジスタ232(本発明にいう第2のMOSトランジスタ)と、そのPMOSトランジスタ232とグラウンドGND間に配置されたNMOSトランジスタ233が備えられている。
【0049】
また、二乗回路200には、ゲートがNMOSトランジスタ233のゲートに接続されるとともにPMOSトランジスタ232とNMOSトランジスタ233との接続点に接続されたNMOSトランジスタ238と、そのNMOSトランジスタ238と電源電圧Vdd間に配置されたPMOSトランジスタ237が備えられている。さらに、ゲートがPMOSトランジスタ237のゲートに接続されるとともにPMOSトランジスタ237とNMOSトランジスタ238との接続点に接続されたPMOSトランジスタ234と、PMOSトランジスタ234とグラウンドGND間に配置された抵抗素子235と、PMOSトランジスタ234と抵抗素子235との接続点に接続された出力端子236とが備えられている。
【0050】
このように構成された二乗回路200の入力端子216,231に参照電圧Vref,入力電圧vinが入力される。すると、PMOSトランジスタ212,213がオン状態になる。PMOSトランジスタ212がオン状態になるため、NMOSトランジスタ211,214のゲート電位が上昇し、NMOSトランジスタ211,214がオン状態になり、NMOSトランジスタ211に電流I3が流れる。一方、NMOSトランジスタ214には、ゲートに入力された参照電圧Vrefによりオン状態にされたPMOSトランジスタ213に流れる電流I1と、そのPMOSトランジスタ213に並列接続されたPMOSトランジスタ215に流れる電流Isdとの合計である電流I2が流れる。ここで、電流Isdは、検出誤差として許容できるレベルの十分小さい電流であり、従って、前述した図1に示すしきい値検出回路110の場合と同様にして、PMOSトランジスタ215のしきい値Vtが検出される。
【0051】
このしきい値Vtは、オペアンプ221の正相入力に入力される。また、オペアンプ221の逆相入力には参照電圧Vrefが入力されている。オペアンプ221では、しきい値Vtが参照電圧Vrefと等しくなるように、そのオペアンプ221からPMOSトランジスタ215のバックゲートに調整電圧が入力され、これによりPMOSトランジスタ215の基板バイアス電圧が調整される。
【0052】
また、PMOSトランジスタ232のゲートには入力電圧vinが入力されており、そのPMOSトランジスタ232のバックゲートにはオペアンプ221からの調整電圧が入力され、これによりPMOSトランジスタ232がオン状態になる。すると、NMOSトランジスタ233,238の接続点の電位が上昇し、これらNMOSトランジスタ233,238がオン状態になり、これに伴いPMOSトランジスタ237,234もオン状態になり、従って電源電圧Vdd→PMOSトランジスタ234→抵抗素子235→グラウンドGNDの経路で電流Iが流れる。出力端子236には、前述した図2に示す二乗回路100の場合と同様にして、この電流Iに基づいた電圧vo=(vin)2、即ち入力電圧vinが2乗された電圧v0が出力される。
【0053】
このように第2実施形態の二乗回路200では、PMOSトランジスタ215の飽和領域におけるしきい値Vtが参照電圧Vrefと等しくなるようにオペアンプ221でPMOSトランジスタ215の基板バイアス電圧に調整されるとともに、入力電圧vinが入力されたPMOSトランジスタ232もその基板バイアス電圧に調整されて、入力電圧vinが2乗された電圧v0を得るものであるため、やはり比較的低い電源電圧で精度の高い乗算結果が得られる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的低い電源電圧で精度の高い乗算結果が得られる二乗回路に好適なしきい値検出回路、しきい値調整回路、およびその二乗回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のしきい値検出回路の回路図である。
【図2】本発明の第1実施形態の二乗回路の回路図である。
【図3】本発明の第2実施形態の二乗回路の回路図である。
【図4】従来の乗算回路の回路図である。
【図5】特公昭63−46474号公報に提案された乗算回路の回路図である。
【符号の説明】
100,200 二乗回路
110,210 しきい値検出回路
111,114,133,134,212,213,215,232,234,237 PMOSトランジスタ
112,113,115,132,211,214,233,238 NMOSトランジスタ
116,131,216,231 入力端子
117,136,236 出力端子
120,220 しきい値調整回路
121,221 オペアンプ
135,235 抵抗素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a threshold detection circuit, a threshold adjustment circuit, and a square circuit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a multiplication circuit that receives an analog signal and multiplies the input analog signal is known.
[0003]
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional multiplication circuit.
[0004]
4 includes an input terminal 411 to which an analog voltage vd on which a DC voltage Vd is superimposed is input, two NMOS transistors 412 and 413 each having one end commonly connected to the input terminal 411, and Input terminals 414 and 415 connected to the gates of the NMOS transistors 412 and 413 are provided. An analog voltage vg on which a DC voltage Vg is superimposed is input to the input terminal 414, and a DC voltage Vg is input to the input terminal 415.
[0005]
In addition, the multiplication circuit 400 includes current voltage conversion circuits 416 and 417 each having one input side connected to each other end of the NMOS transistors 412 and 413, and the other input side of each of the current voltage conversion circuits 416 and 417. And an input terminal 418 connected in common. The current-voltage conversion circuit 416 includes an operational amplification circuit 416a and a resistance element 416b, and the current-voltage conversion circuit 417 includes an operational amplification circuit 417a and a resistance element 417b. The DC voltage Vd is input to the input terminal 418.
[0006]
Further, the multiplication circuit 400 includes a subtraction circuit 419 whose input side is connected to the output side of the current-voltage conversion circuits 416 and 417, and an output terminal 420 connected to the output side of the subtraction circuit 419.
[0007]
In the multiplication circuit 400 configured as described above, when the analog voltage vg is a positive voltage value, the current I flowing in the saturation region of the NMOS transistors 412 and 413 is obtained.1, I2Is expressed as follows.
[0008]
I1= Β1{(Vg + vg-Vd-Vt1) Vd + vd2/ 2}
I2= Β2{(Vg-Vd-Vt2) Vd + vd2/ 2}
However, β1, Β2Is a constant determined by the process (channel width W, channel length L, carrier movement, etc.), Vt1, Vt2Is a threshold value of the NMOS transistors 412 and 413.
[0009]
Here, if the resistance elements 416b and 417b constituting the current-voltage conversion circuits 416 and 417 are 1Ω, the voltages v1 and v2 output from the current-voltage conversion circuits 416 and 417 are
v1 = Vd-I1
v2 = Vd-I2
It becomes. Therefore, the gain of the subtraction circuit 419 is set to 1, and β1= Β2, Vt1= Vt2Then, the voltage v0 of the output terminal 420 is
v0 = β1vgvd
It becomes. In this way, the multiplication circuit 400 shown in FIG. 4 multiplies the input analog voltage vg and analog voltage vd. Here, when the values of the input analog voltage vg and analog voltage vd are the same, a square circuit is realized.
[0010]
Even when the analog voltage vg is a negative voltage value, the input analog voltage vg and the analog voltage vd are multiplied in the same manner as in the case where the analog voltage vg is a positive voltage value.
[0011]
However, it is difficult to manufacture the two NMOS transistors 412 and 413 constituting the multiplication circuit 400 with the same characteristics such as the transistor size and the threshold value indicating the channel width W, the channel length L, and the like. β1= Β2, Vt1= Vt2Therefore, there is a problem that it is difficult to perform multiplication with high accuracy.
[0012]
Japanese Patent Publication No. 63-46474 proposes a multiplication circuit that performs multiplication of an analog signal using one NMOS transistor.
[0013]
FIG. 5 is a circuit diagram of a multiplication circuit proposed in Japanese Patent Publication No. 63-46474.
[0014]
The same components as those of the multiplication circuit 400 shown in FIG.
[0015]
In the multiplication circuit 500 shown in FIG. 5, the input terminals 411 and 418, the NMOS transistor 412, the current-voltage conversion circuit 416, the subtraction circuit 419, and the output terminal 420 are connected in common to the gate of the NMOS transistor 412. In addition, switches 511 and 512 connected to an input terminal 414 to which an analog voltage vg on which a DC voltage Vg is superimposed are input are input to an input terminal 415 to which a DC voltage Vg is input.
[0016]
In addition, the multiplication circuit 500 has switches 513 and 514 each having one end commonly connected to the output side of the current-voltage conversion circuit 416, an input side connected to the other end of the switches 513 and 514, and an output side of the subtraction circuit 419. Sample hold circuits 515 and 516 connected to the input side are provided.
[0017]
In the multiplication circuit 500, first, the switches 511 and 512 are turned on and off by switch switching means (not shown), and the switches 513 and 514 are also turned on and off. Then, the current I / V conversion circuit 416 is connected to the current I via the NMOS transistor 412.1, And the voltage v1 subjected to current-voltage conversion by the current-voltage conversion circuit 416 is output. This voltage v1 is held in the sample hold circuit 515 via the switch 513. Next, the switches 511 and 512 are switched to the off state and the on state, and the switches 513 and 514 are also switched to the off state and the on state, and the current I is converted to the current-voltage conversion circuit 416 via the NMOS transistor 412.2The voltage v2 is output from the current-voltage conversion circuit 416. This voltage v2 is held in the sample hold circuit 516 via the switch 514. These voltages v1 and v2 are input to the subtraction circuit 419, and the voltage v0 (β is output from the subtraction circuit 419 to the output terminal 420 in the same manner as described with reference to FIG.1vgvd) is output. Since this voltage v0 is obtained by using one NMOS transistor 412, a multiplication result can be obtained with higher accuracy than when two MOS transistors having different sizes and characteristics are used. .
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described multiplication circuit 500, in order to increase the accuracy of the multiplication result, it is necessary to ensure a wide non-saturation region of the NMOS transistor 412, and thus there is a problem that a high power supply voltage is required.
[0019]
In Japanese Patent Publication No. 4-50633, a depletion type MOS transistor is used in order to avoid the harmonic distortion caused by the enhancement type MOS transistor and the complication of the configuration accompanying the application of a bias voltage. Multiplication circuits have been proposed. However, this multiplication circuit has a problem that many steps are required for manufacturing a depletion type MOS transistor.
[0020]
Further, Japanese Patent Publication No. 1-59622 and Japanese Patent Publication No. 2-52307 propose a multiplication circuit using a capacitor element instead of a resistance element that requires a relatively large area and power consumption for integration. ing. However, in general, the capacitance accuracy of the capacitor element is low, and there is a problem that a special process is required to increase the capacitance accuracy of the capacitor element.
[0021]
Japanese Patent Publication No. 5-42033 and US Patent (Patent No. 4585961) propose a squaring circuit using a saturation region of a MOS transistor. However, in the techniques proposed in these publications, there is a problem that a relatively high power supply voltage is required because three MOS transistors are connected in series between the power supply voltage and the ground in the input stage. is there.
[0022]
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a threshold detection circuit, a threshold adjustment circuit, and a squaring circuit suitable for a squaring circuit capable of obtaining a highly accurate multiplication result with a relatively low power supply voltage. To do.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The threshold detection circuit of the present invention that achieves the above object is
(1_1) A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage
(1_2) a second current that is connected in series to the first constant current circuit and causes a second current having a current value higher than the first current by an amount that can be allowed as a detection error in accordance with the reference voltage. Constant current circuit
(1_3) Provided with a first MOS transistor for detecting a threshold value, which is diode-connected in parallel to the first constant current circuit and flows a difference current between the second current and the first current. It is characterized by that.
[0024]
In addition, the threshold adjustment circuit of the present invention that achieves the above object is
(2_1) A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage
(2_2) a second current which is connected in series to the first constant current circuit and causes a second current having a current value higher than that of the first current by an allowable level as compared to the first current to flow according to the reference voltage. Constant current circuit
(2_3) A first MOS transistor that is diode-connected in parallel to the first constant current circuit and flows a difference current between the second current and the first current
(2_4) Substrate bias for adjusting the substrate bias voltage of the first MOS transistor so that the voltage of the node to which the first constant current circuit and the second constant current circuit are connected is equal to the reference voltage. A voltage adjustment circuit is provided.
[0025]
Furthermore, the squaring circuit of the present invention that achieves the above object is
(3_1) A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage
(3_2) a second current which is connected in series to the first constant current circuit and causes a second current having a current value higher than that of the first current by an allowable level as compared to the first current to flow according to the reference voltage. Constant current circuit
(3_3) A first MOS transistor which is diode-connected in parallel with the first constant current circuit and flows a current difference between the second current and the first current
(3_4) Substrate bias for adjusting the substrate bias voltage of the first MOS transistor so that the voltage of the node to which the first constant current circuit and the second constant current circuit are connected is equal to the reference voltage. Voltage adjustment circuit
(3_5) a second MOS that is adjusted to the same substrate bias voltage as the substrate bias voltage of the first MOS transistor by the substrate bias voltage adjusting circuit, in which an input voltage is input to the gate and a current corresponding to the input voltage is supplied. A transistor is provided.
[0026]
The present invention has been made paying attention to the current characteristics in the saturation region of a MOS transistor. For example, in the case of an NMOS transistor, the current I in the saturation region is
I = β / 2 (Vgs−Vt)2        ... (A)
Can be expressed as Where β is a constant determined by the process, Vgs is the gate-source voltage of the NMOS transistor, and Vt is the threshold value of the NMOS transistor. Here, when Vt is obtained by passing a minute current through the NMOS transistor and the obtained Vt is adjusted to 0, for example, the above-described equation (A) is
I∝Vgs2        ... (B)
It becomes. If such a current I is converted into a voltage, Vgs2A voltage proportional to is obtained.
[0027]
The threshold value detection circuit of the present invention is configured to flow a difference current between the second current and the first current as a level allowable as a detection error to the first MOS transistor. By making the current sufficiently small, the threshold value of the first MOS transistor can be obtained.
[0028]
Further, the threshold adjustment circuit of the present invention is configured so that the voltage of the node to which the first constant current circuit and the second constant current circuit are connected in the substrate bias voltage adjustment circuit is equal to the reference voltage. Since the substrate bias voltage of the first MOS transistor is adjusted, the threshold value of the first MOS transistor can be adjusted with the reference voltage.
[0029]
Furthermore, the square circuit of the present invention includes a second MOS transistor that is adjusted to the same substrate bias voltage as that of the first MOS transistor by the substrate bias voltage adjusting circuit, and is provided at the gate of the second MOS transistor. Since the input voltage is input and a current corresponding to the input voltage is passed, if the second MOS transistor is an NMOS transistor, for example, the current I in the saturation region of the NMOS transistor is:
I = β / 2 (Vin−Vref)2        ... (C)
Can be expressed as However, Vin is an input voltage that is input to the gate of the NMOS transistor and is substituted for the gate-source voltage Vgs in the above-described equation (A). Vref is a reference voltage in place of the threshold value Vt of the NMOS transistor in the above-described equation (A). Here, when Vref is adjusted to 0, for example, the above-described equation becomes
I∝Vin2
It becomes. If such a current I is converted into a voltage, a voltage proportional to the square of the input voltage Vin inputted can be obtained.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0031]
FIG. 1 is a circuit diagram of a threshold detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0032]
The threshold detection circuit 110 shown in FIG. 1 includes a PMOS transistor 111 and an NMOS transistor 112 connected in series between the power supply voltage Vdd and the ground GND, and a predetermined reference voltage Vref connected to the gate of the NMOS transistor 112. An input terminal 116 for inputting is provided.
[0033]
The threshold detection circuit 110 has a gate connected to the input terminal 116 and a first current I corresponding to the reference voltage Vref input to the input terminal 116.1NMOS transistor 113 (corresponding to the first constant current circuit referred to in the present invention) is provided.
[0034]
Further, the threshold detection circuit 110 is connected in series to the NMOS transistor 113 and is connected to the first current I according to the reference voltage Vref.1The second current I has a current value that is higher than the level that can be tolerated as a detection error.2PMOS transistor 114 (corresponding to the second constant current circuit referred to in the present invention) is provided. The gate of the PMOS transistor 114 is connected to the gate of the PMOS transistor 111 and the connection point between the PMOS transistor 111 and the NMOS transistor 112.
[0035]
The threshold detection circuit 110 has a second current I that is diode-connected in parallel with the NMOS transistor 113 and connected to the output terminal 117.2And the first current I1Difference current I fromdsNMOS transistor 115 (corresponding to the first MOS transistor according to the present invention) for detecting a threshold value is provided. Here, the transistor size ratio of the PMOS transistor 111, the NMOS transistors 112, 113, and 115 and the PMOS transistor 114 is 1: 1 + α (α is about 1 to 10%).
[0036]
A predetermined reference voltage Vref is input to the input terminal 116 of the threshold detection circuit 110 configured as described above. Then, the NMOS transistors 112 and 113 are turned on. Since the NMOS transistor 112 is turned on, the gate potentials of the PMOS transistors 111 and 114 are lowered, and the PMOS transistors 111 and 114 are turned on. The PMOS transistors 111 and 114 correspond to a size ratio of 1: 1 + α. Current flows. In other words, the PMOS transistor 111 has a current I commensurate with the size ratio 1 in the path of the power supply voltage Vdd → the PMOS transistor 111 → the NMOS transistor 112 → the ground GND.ThreeFlows. On the other hand, the PMOS transistor 114 has a current I flowing through the NMOS transistor 113 that is turned on by the reference voltage Vref input to the gate.1And the current I flowing through the NMOS transistor 115 connected in parallel to the NMOS transistor 113dsAnd current I commensurate with the size ratio (1 + α)2Flows.
[0037]
Here, the current I flowing through the NMOS transistor 115 is connected to the output terminal 117.dsTherefore, the gate-source voltage Vgs in the saturation region of the NMOS transistor 115 is output. This voltage Vgs is
Vgs = Vt + (2Ids/ Β)1/2
It can be expressed as. However, β is a constant determined by the process, and Vt is a threshold value of the NMOS transistor 115. Where the current IdsIs a sufficiently small current that is acceptable as a detection error, so the voltage Vgs is
Vgs≈Vt
It becomes. In this way, the threshold value Vt of the NMOS transistor 115 is detected. Next, a square circuit that squares and outputs an input analog voltage using the threshold value Vt will be described.
[0038]
FIG. 2 is a circuit diagram of the squaring circuit of the first embodiment of the present invention.
[0039]
In the squaring circuit 100 shown in FIG. 2, the voltage at the node where the threshold detection circuit 110 shown in FIG. 1 and the NMOS transistor 113 and the PMOS transistor 114 constituting the threshold detection circuit 110 are connected is a reference voltage. An operational amplifier 121 (corresponding to the substrate bias voltage adjusting circuit in the present invention) for adjusting the substrate bias voltage of the NMOS transistor 115 so as to be equal to Vref is provided. A threshold adjustment circuit 120 is configured by the threshold detection circuit 110 and the operational amplifier 121.
[0040]
The square circuit 100 also has an input terminal 131 to which an input voltage vin higher than the reference voltage Vref is input, and a gate connected to the input terminal 131 and a current according to the input voltage vin input to the gate. , An NMOS transistor 132 (second MOS transistor according to the present invention) adjusted to the same substrate bias voltage as that of the NMOS transistor 115 by the operational amplifier 121 is provided.
[0041]
Further, the squaring circuit 100 includes a PMOS transistor 133 disposed between the power supply voltage Vdd and the NMOS transistor 132, a gate connected to the gate of the PMOS transistor 133, and a connection point between the NMOS transistor 132 and the PMOS transistor 133. PMOS transistor 134, a resistance element 135 disposed between the PMOS transistor 134 and the ground GND, and an output terminal 136 connected to a connection point between the PMOS transistor 134 and the resistance element 135 are provided.
[0042]
The reference voltage Vref and the input voltage vin are input to the input terminals 116 and 131 of the squaring circuit 100 configured as described above. Then, the voltage (threshold value Vt) of the node where the NMOS transistor 113 and the PMOS transistor 114 are connected is input to the positive phase input of the operational amplifier 121, and the reference voltage Vref is input to the negative phase input. In the operational amplifier 121, an adjustment voltage is output from the operational amplifier 121 toward the back gate of the NMOS transistor 115 so that the voltage of the node becomes equal to the reference voltage Vref, and thereby the substrate bias voltage of the NMOS transistor 115 is adjusted. .
[0043]
Further, the input voltage vin is input to the gate of the NMOS transistor 132, and the adjustment voltage from the operational amplifier 121 is also input to the back gate of the NMOS transistor 132, whereby the NMOS transistor 132 is turned on. Then, the potential at the connection point between the PMOS transistor 133 and the NMOS transistor 132 is lowered, the PMOS transistor 133 is turned on, and a current flows through the path of the power supply voltage Vdd → the PMOS transistor 133 → the NMOS transistor 132 → the ground GND. Further, the PMOS transistor 134 is also turned on, and a current flows through the path of the power supply voltage Vdd → the PMOS transistor 134 → the resistance element 135 → the ground GND. Here, if the current flowing through the PMOS transistor 134 is I, the current I is
I = β / 2 (vin-Vref)2      ... (1)
It is expressed as Here, when the value R of the resistance element 135 is 2 / β, the voltage vo of the output terminal 136 is
v0 = (vin-Vref)2          ... (2)
It is expressed as Furthermore, if Vref = 0, equation (2) is
v0 = (vin)2                    ... (3)
It is expressed as In this way, a voltage v0 obtained by squaring the input voltage vin is obtained.
[0044]
As described above, in the squaring circuit 100 of the present embodiment, the operational amplifier 121 adjusts the substrate bias voltage of the NMOS transistor 115 so that the threshold value Vt in the saturation region of the NMOS transistor 115 becomes equal to the reference voltage Vref. The NMOS transistor 132 to which the input voltage vin is input is also adjusted to the substrate bias voltage to obtain the voltage v0 obtained by squaring the input voltage vin expressed by the above equation (3). A relatively low power supply voltage compared to the technology that expands the non-saturation region by applying a high power supply voltage to improve the accuracy of the result, or the technology in which three MOS transistors are connected in series between the power supply voltage and the ground in the input stage. Gives a highly accurate multiplication result.
[0045]
FIG. 3 is a circuit diagram of a squaring circuit according to the second embodiment of the present invention.
[0046]
In the above-described squaring circuit 100 of the first embodiment, the example using the threshold value Vt of the NMOS transistor has been described, but in the present embodiment, the example using the threshold value Vt of the PMOS transistor will be described. The threshold detection circuit 210 constituting the squaring circuit 200 shown in FIG. 3 is connected to the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 211 connected in series between the power supply voltage Vdd and the ground GND, and to the gate of the PMOS transistor 212. An input terminal 216 to which a predetermined reference voltage Vref is input is provided. The first current I corresponding to the reference voltage Vref input to the input terminal 216 is connected to the gate of the input terminal 216.1PMOS transistor 213 (corresponding to the first constant current circuit referred to in the present invention) is provided. Further, the first current I is connected in series to the PMOS transistor 213 in accordance with the reference voltage Vref.1The second current I has a current value that is higher than the level that can be tolerated as a detection error.2NMOS transistor 214 (corresponding to the second constant current circuit referred to in the present invention) is provided. The gate of the NMOS transistor 214 is connected to the gate of the NMOS transistor 211 and the connection point between the PMOS transistor 212 and the NMOS transistor 211. The second current I is diode-connected in parallel with the PMOS transistor 213.2And the first current I1Difference current I fromsdPMOS transistor 215 for threshold detection (corresponding to the first MOS transistor in the present invention) is provided. Here, the transistor size ratio of the PMOS transistors 212, 213, 215, the NMOS transistor 211, and the NMOS transistor 214 is 1: 1 + α (α is about 1 to 10%).
[0047]
In the squaring circuit 200, the substrate bias voltage of the PMOS transistor 215 is adjusted so that the voltage at the node where the PMOS transistor 213 and the NMOS transistor 214 constituting the threshold detection circuit 210 are connected is equal to the reference voltage Vref. An operational amplifier 221 (corresponding to a substrate bias voltage adjusting circuit according to the present invention) is provided. Note that a threshold adjustment circuit 220 is constituted by the threshold detection circuit 210 and the operational amplifier 221.
[0048]
Furthermore, an input terminal 231 to which an input voltage vin lower than the reference voltage Vref is input, and a current corresponding to the input voltage vin input to the gate is supplied to the input terminal 231 through the square circuit 200. The PMOS transistor 232 (second MOS transistor according to the present invention) adjusted to the same substrate bias voltage as that of the PMOS transistor 215 by the operational amplifier 221 and the NMOS transistor arranged between the PMOS transistor 232 and the ground GND 233 is provided.
[0049]
The squaring circuit 200 includes an NMOS transistor 238 having a gate connected to the gate of the NMOS transistor 233 and connected to a connection point between the PMOS transistor 232 and the NMOS transistor 233, and between the NMOS transistor 238 and the power supply voltage Vdd. A PMOS transistor 237 is provided. Further, a PMOS transistor 234 having a gate connected to the gate of the PMOS transistor 237 and connected to a connection point between the PMOS transistor 237 and the NMOS transistor 238, a resistance element 235 disposed between the PMOS transistor 234 and the ground GND, An output terminal 236 connected to a connection point between the PMOS transistor 234 and the resistance element 235 is provided.
[0050]
The reference voltage Vref and the input voltage vin are input to the input terminals 216 and 231 of the squaring circuit 200 configured as described above. Then, the PMOS transistors 212 and 213 are turned on. Since the PMOS transistor 212 is turned on, the gate potentials of the NMOS transistors 211 and 214 rise, the NMOS transistors 211 and 214 are turned on, and the current IThreeFlows. On the other hand, the NMOS transistor 214 has a current I flowing through the PMOS transistor 213 turned on by the reference voltage Vref input to the gate.1Current I flowing through the PMOS transistor 215 connected in parallel to the PMOS transistor 213sdAnd the current I2Flows. Where the current IsdIs a sufficiently small current that can be tolerated as a detection error. Therefore, the threshold value Vt of the PMOS transistor 215 is detected in the same manner as the threshold value detection circuit 110 shown in FIG.
[0051]
This threshold value Vt is input to the positive phase input of the operational amplifier 221. The reference voltage Vref is input to the negative phase input of the operational amplifier 221. In the operational amplifier 221, an adjustment voltage is input from the operational amplifier 221 to the back gate of the PMOS transistor 215 so that the threshold value Vt becomes equal to the reference voltage Vref, thereby adjusting the substrate bias voltage of the PMOS transistor 215.
[0052]
The input voltage vin is input to the gate of the PMOS transistor 232, and the adjustment voltage from the operational amplifier 221 is input to the back gate of the PMOS transistor 232, whereby the PMOS transistor 232 is turned on. As a result, the potential at the connection point of the NMOS transistors 233 and 238 rises, and the NMOS transistors 233 and 238 are turned on. Accordingly, the PMOS transistors 237 and 234 are also turned on. → Current I flows through the path of resistance element 235 → ground GND. The voltage vo = (vin) based on the current I is applied to the output terminal 236 in the same manner as in the case of the squaring circuit 100 shown in FIG.2That is, a voltage v0 obtained by squaring the input voltage vin is output.
[0053]
As described above, in the squaring circuit 200 of the second embodiment, the operational amplifier 221 adjusts the substrate bias voltage of the PMOS transistor 215 so that the threshold value Vt in the saturation region of the PMOS transistor 215 becomes equal to the reference voltage Vref, and the input Since the PMOS transistor 232 to which the voltage vin is input is also adjusted to the substrate bias voltage to obtain the voltage v0 obtained by squaring the input voltage vin, a highly accurate multiplication result can be obtained with a relatively low power supply voltage. It is done.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a threshold detection circuit, a threshold adjustment circuit, and a squaring circuit suitable for a squaring circuit that can obtain a highly accurate multiplication result with a relatively low power supply voltage. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a threshold detection circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a squaring circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a squaring circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional multiplication circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram of a multiplication circuit proposed in Japanese Patent Publication No. 63-46474.
[Explanation of symbols]
100,200 square circuit
110, 210 Threshold detection circuit
111, 114, 133, 134, 212, 213, 215, 232, 234, 237 PMOS transistor
112, 113, 115, 132, 211, 214, 233, 238 NMOS transistor
116, 131, 216, 231 Input terminal
117, 136, 236 output terminals
120,220 Threshold adjustment circuit
121,221 operational amplifier
135,235 Resistance element

Claims (3)

所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路と、
該第1の定電流回路に直列に接続され前記参照電圧に応じて、前記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路と、
前記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、前記第2の電流と前記第1の電流との差分の電流を流す、しきい値検出対象用の第1のMOSトランジスタとを備えたことを特徴とするしきい値検出回路。
A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage;
A second constant current circuit connected in series to the first constant current circuit and supplying a second current having a current value higher than that of the first current by an allowable level as a detection error in accordance with the reference voltage. When,
A first MOS transistor for detecting a threshold value, which is diode-connected in parallel to the first constant current circuit and flows a difference current between the second current and the first current; A threshold detection circuit characterized by the above.
所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路と、
該第1の定電流回路に直列に接続され前記参照電圧に応じて、前記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路と、
前記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、前記第2の電流と前記第1の電流との差分の電流を流す第1のMOSトランジスタと、
前記第1の定電流回路と前記第2の定電流回路とが接続されたノードの電圧が前記参照電圧と等しくなるように前記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧を調整する基板バイアス電圧調整回路とを備えたことを特徴とするしきい値調整回路。
A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage;
A second constant current circuit connected in series to the first constant current circuit and supplying a second current having a current value higher than that of the first current by an allowable level as a detection error in accordance with the reference voltage. When,
A first MOS transistor that is diode-connected in parallel to the first constant current circuit and that flows a difference current between the second current and the first current;
A substrate bias voltage adjustment circuit for adjusting a substrate bias voltage of the first MOS transistor so that a voltage of a node to which the first constant current circuit and the second constant current circuit are connected is equal to the reference voltage. And a threshold adjustment circuit.
所定の参照電圧に応じた第1の電流を流す第1の定電流回路と、
該第1の定電流回路に直列に接続され前記参照電圧に応じて、前記第1の電流と比べ検出誤差として許容できるレベル分だけ電流値が高い第2の電流を流す第2の定電流回路と、
前記第1の定電流回路に並列にダイオード接続され、前記第2の電流と前記第1の電流との差分の電流を流す第1のMOSトランジスタと、
前記第1の定電流回路と前記第2の定電流回路とが接続されたノードの電圧が前記参照電圧と等しくなるように前記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧を調整する基板バイアス電圧調整回路と、
ゲートに入力電圧が入力され該入力電圧に応じた電流を流す、前記基板バイアス電圧調整回路により前記第1のMOSトランジスタの基板バイアス電圧と同じ基板バイアス電圧に調整された第2のMOSトランジスタとを備えたことを特徴とする二乗回路。
A first constant current circuit for flowing a first current according to a predetermined reference voltage;
A second constant current circuit connected in series to the first constant current circuit and supplying a second current having a current value higher than that of the first current by an allowable level as a detection error in accordance with the reference voltage. When,
A first MOS transistor that is diode-connected in parallel to the first constant current circuit and that flows a difference current between the second current and the first current;
A substrate bias voltage adjustment circuit for adjusting a substrate bias voltage of the first MOS transistor so that a voltage of a node to which the first constant current circuit and the second constant current circuit are connected is equal to the reference voltage. When,
An input voltage is input to the gate and a current corresponding to the input voltage flows, and the second MOS transistor adjusted to the same substrate bias voltage as the substrate bias voltage of the first MOS transistor by the substrate bias voltage adjustment circuit. A square circuit characterized by comprising.
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