JP4245102B2 - Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit - Google Patents
Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit Download PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- current
- voltage
- input
- constant current
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplifiers (AREA)
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】
I1=β1{(Vg+vg-Vd-Vt1)vd+vd2/2}
I2=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
[0005]
In addition, the
[0006]
Further, the
[0007]
In the
[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
[0009]
Here, if the
v1 = Vd-I1
v2 = Vd-I2
It becomes. Therefore, the gain of the
v0 = β1vgvd
It becomes. In this way, the
[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
[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
[0015]
In the
[0016]
In addition, the
[0017]
In the
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described
[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
[0033]
The
[0034]
Further, the
[0035]
The
[0036]
A predetermined reference voltage Vref is input to the
[0037]
Here, the current I flowing through the
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
Vgs≈Vt
It becomes. In this way, the threshold value Vt of the
[0038]
FIG. 2 is a circuit diagram of the squaring circuit of the first embodiment of the present invention.
[0039]
In the squaring
[0040]
The
[0041]
Further, the squaring
[0042]
The reference voltage Vref and the input voltage vin are input to the
[0043]
Further, the input voltage vin is input to the gate of the
I = β / 2 (vin-Vref)2 ... (1)
It is expressed as Here, when the value R of the
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
[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
[0047]
In the squaring
[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
[0049]
The squaring
[0050]
The reference voltage Vref and the input voltage vin are input to the
[0051]
This threshold value Vt is input to the positive phase input of the
[0052]
The input voltage vin is input to the gate of the
[0053]
As described above, in the squaring
[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)
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30125699A JP4245102B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30125699A JP4245102B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001118025A JP2001118025A (en) | 2001-04-27 |
JP4245102B2 true JP4245102B2 (en) | 2009-03-25 |
Family
ID=17894641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30125699A Expired - Lifetime JP4245102B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4245102B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7791400B2 (en) * | 2007-08-14 | 2010-09-07 | Texas Instruments Incorporated | Square-function circuit |
KR100924367B1 (en) | 2007-10-18 | 2009-10-30 | 고려대학교 산학협력단 | MOFSF Threshold Voltage Extraction Circuit |
CN117879577B (en) * | 2024-03-12 | 2024-06-21 | 上海安其威微电子科技有限公司 | Low-mismatch square circuit, ping-pong square circuit and detection circuit |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30125699A patent/JP4245102B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001118025A (en) | 2001-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5124632A (en) | Low-voltage precision current generator | |
US7453318B2 (en) | Operational amplifier for outputting high voltage output signal | |
JPH07106875A (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP3360025B2 (en) | Constant voltage circuit | |
KR0140160B1 (en) | Cascode circuit with high output impedance and operable at low operating voltage | |
JP4829650B2 (en) | Differential amplifier circuit | |
EP1435693B1 (en) | Amplification circuit | |
JP4245102B2 (en) | Threshold detection circuit, threshold adjustment circuit, and square circuit | |
JPH11272786A (en) | Differential amplifier circuit | |
JPH09130162A (en) | Current driver circuit with lateral current regulation | |
JP2004274207A (en) | Bias voltage generator circuit and differential amplifier | |
JP2007102563A (en) | Current generating circuit | |
US6815997B2 (en) | Field effect transistor square multiplier | |
JPH0934572A (en) | Power supply circuit | |
US20090033311A1 (en) | Current Source with Power Supply Voltage Variation Compensation | |
JP3855810B2 (en) | Differential amplifier circuit | |
JP2798022B2 (en) | Reference voltage circuit | |
JPH10112614A (en) | Bias current supply method and circuit thereof | |
JPH05199045A (en) | Amplifier circuit | |
JP3945412B2 (en) | Level shift circuit | |
JP4032448B2 (en) | Data judgment circuit | |
JP3580409B2 (en) | Offset adjustment circuit | |
CN107544602A (en) | Voltage modulator and analog circuit, digital system circuit | |
JPH1115545A (en) | Semiconductor device | |
JP2002185269A (en) | Buffer amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060427 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081224 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4245102 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140116 Year of fee payment: 5 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |