專利名稱：差動放大器及運(yùn)算放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子機(jī)器及半導(dǎo)體集成電路的放大器中使用的差動放大器及運(yùn)算放大器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為在電子機(jī)器及半導(dǎo)體集成電路的放大器中使用的差動放大器，公開的有專利文獻(xiàn)1(《半導(dǎo)體回路設(shè)計技術(shù)》(玉井德迪監(jiān)修、日經(jīng)BP社出版、1版、308頁))及專利文獻(xiàn)2(Analysis and Design of AnalogIntegrated Circuits(Paul R.Gray、Robert G.Meyer著、John Wiley & Sons出版、Third Edition、244頁))。
圖29表示所述專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2記述的現(xiàn)有技術(shù)的差動放大器的電路圖。在該圖中，1、2是輸入差動信號的第1及第2輸入端子，M1及M2是構(gòu)成差動對的n溝道MOS晶體管，其柵極接收由所述第1及第2輸入端子輸入的信號。M3是構(gòu)成差動放大器的尾電流源(tail current source)的n溝道MOS晶體管，NGB是旨在將該溝道MOS晶體管作為電流源而動作的柵極電壓外加端子，VSS是外加電路的負(fù)電源或接地的端子，16、17是輸出被所述差動對M1、M2變換成電流的信號的輸出端子。
下面，講述采用這種結(jié)構(gòu)的差動放大器的動作。按照第1及第2輸入端子1、2輸入的差動信號的電壓差，將n溝道MOS晶體管M3的電流，用2個n溝道MOS晶體管M1、M2分配電流。構(gòu)成差動信號的2個信號具有相等的電壓時，將電流的變換率定義為電導(dǎo)gm，將構(gòu)成差動對的n溝道MOS晶體管的電導(dǎo)gm作為gmn，用gmn＝Ids/(Vgs-Vthn)表達(dá)。式中Ids是流入MOS晶體管的電流，Vgs是柵一源間電壓，Vthn是n溝道MOS晶體管的臨界值電壓。
可是，輸入信號的電壓較低時，nchMOS晶體管M3在線性區(qū)域動作，所以流過的電流減少，得不到本來的動作。所以，在圖29的現(xiàn)有技術(shù)的電路中，存在著輸入動作電壓范圍被限定在構(gòu)成尾電流源的n溝道MOS晶體管M3在飽和區(qū)域動作的電壓范圍內(nèi)的缺點(diǎn)。
圖30是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成與圖29的現(xiàn)有技術(shù)的電路相同功能的差動放大器。在該圖中，1、2是輸入端子，M22及M23是構(gòu)成差動對的p溝道MOS晶體管，M24是構(gòu)成差動放大器的尾電流源的p溝道MOS晶體管，PGB是旨在將p溝道MOS晶體管作為電流源而動作的柵極電壓外加端子，VDD是外加電路的正電源的端子，34、35是輸出變換成電流的信號的輸出端子。
在這種結(jié)構(gòu)的差動放大器中，也和用n溝道MOS晶體管構(gòu)成的電路一樣，電流的變換率作為電導(dǎo)gm而獲得。所以，將p溝道MOS晶體管的電導(dǎo)gm作為gmn，用gmp＝Ids/(Vsg-Vthp)表達(dá)。式中Ids是流入MOS晶體管的電流，Vsg是源一柵間電壓，Vthp是p溝道MOS晶體管的臨界值電壓。
可是，在圖30所示的差動放大器中，輸入電壓較高時，p溝道MOS晶體管M24在線性區(qū)域動作，所以流過的電流減少，得不到本來的動作。所以，在圖30的差動放大器中，也存在著輸入動作電壓范圍被限定在構(gòu)成尾電流源的p溝道MOS晶體管M24在飽和區(qū)域動作的電壓范圍內(nèi)的缺點(diǎn)。
這樣，在圖29及圖30所示的差動放大器中，存在著輸入動作電壓范圍受到限制的缺點(diǎn)。
因此，為了解決這種課題，作為可在全輸入動作電壓范圍內(nèi)動作的放大器，在現(xiàn)有技術(shù)中，有文獻(xiàn)3(特表平11-500883號公報)記述的技術(shù)。
圖31是所述文獻(xiàn)3記述的放大器的部分——差動放大器的電路圖。在圖31中，M6和M7是構(gòu)成差動對的n溝道MOS晶體管，M27和M28是構(gòu)成差動對的p溝道MOS晶體管，6、7、32、36是構(gòu)成各差動放大器的尾電流源，27、38是旨在抵消差動放大器的尾電流源的電流的電流源，M25和M26是檢測尾電流源6、7的動作狀態(tài)，使電流源38ON/OFF的n溝道MOS晶體管，M29和M30是檢測尾電流源32、36的動作狀態(tài)，使電流源27ON/OFF的p溝道MOS晶體管。
進(jìn)而，圖32是講述所述文獻(xiàn)3記述的放大器的動作的方框圖。在該圖中，4是用n溝道MOS晶體管M1和M2構(gòu)成的差動對，5是用n溝道MOS晶體管M6和M7構(gòu)成的差動對，30是用p溝道MOS晶體管M27和M28構(gòu)成的差動對，31是用p溝道MOS晶體管M22和M23構(gòu)成的差動對，28是用p溝道MOS晶體管M29和M30構(gòu)成的開關(guān)，29是在n溝道MOS晶體管M6和M7的動作的作用下發(fā)生的開關(guān)，37是由n溝道MOS晶體管M25和M26構(gòu)成的開關(guān)，33是在p溝道MOS晶體管M22和M23的動作的作用下發(fā)生的開關(guān)，10是合成及放大由差動放大器的輸出端子輸出的電流的電流合成及電流放大電路，3是運(yùn)算放大器的輸出。
下面，講述采用這種結(jié)構(gòu)的差動放大器的動作。在該文獻(xiàn)3的放大器中，通過組合由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對和由p溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對后使之動作，從而解決了在圖29及圖30中講述過的現(xiàn)有電路的課題——差動放大器的輸入電壓動作范圍受到的限制。就是說，在該文獻(xiàn)3的放大器中，用電路的負(fù)電源VSS附近的電壓，使差動對30和差動對31動作；用中間電壓，使差動對5和差動對30動作；用電路的正電源VDD附近的高電壓，使差動對4和差動對5動作。所以，差動放大器的變換率gm有3種情況，在接地電位VSS附近用gm＝2·gmp表達(dá)；在中間電壓處用gm＝gmn+gmp表達(dá)；在電源電壓VDD附近用gm＝2·gmn表達(dá)。
這樣，構(gòu)成所述文獻(xiàn)3的放大器的差動放大器，雖然能在全輸入電壓范圍中動作，但為了將差動放大器的變換率gm保持一定，gmn＝gmp的關(guān)系就成為必要條件。如果考慮到擴(kuò)散工藝的離差，這種關(guān)系卻未必能夠保證。這樣，構(gòu)成文獻(xiàn)3的放大器的差動放大器，雖然能在全輸入電壓范圍中動作，但為了在全輸入電壓范圍中將變換率保持一定，卻存在著需要使n溝道MOS晶體管特性和p溝道MOS晶體管特性等同的缺點(diǎn)。此外，在文獻(xiàn)3的放大器中，差動放大器的輸出形式，存在如下缺點(diǎn)因?yàn)橛蒼溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對成為VDD附近的輸出電壓，由p溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對成為VSS附近的輸出電壓，所以就必須分別合成動作電壓點(diǎn)不同的電流，電流合成變得相當(dāng)復(fù)雜。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，作為在全輸入動作電壓范圍內(nèi)動作的放大器，有文獻(xiàn)4(特開平8-18355號公報)記述的技術(shù)。
圖33是所述文獻(xiàn)4記述的運(yùn)算放大器的部分——差動放大器的電路圖。在圖33中，M5和M10是電平移動輸入信號的p溝道MOS晶體管，M1和M2是構(gòu)成差動對的n溝道MOS晶體管，M6和M7是構(gòu)成另一個差動對的n溝道MOS晶體管，6、7是構(gòu)成各差動放大器的尾電流源，39、40是驅(qū)動p溝道MOS晶體管的電流源。
進(jìn)而，圖34是講述所述圖33具體所示的文獻(xiàn)4的運(yùn)算放大器的動作的方框圖。在該圖中，8、9是旨在移動差動信號的電壓電平的電平移動電路，4、5是用n溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對，10是合成及放大由差動放大器的輸出端子輸出的電流的電路，3是運(yùn)算放大器的輸出。
下面，講述采用這種結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)4的差動放大器的動作。在該文獻(xiàn)4的運(yùn)算放大器中，通過組合由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對和電平移動電路后使之動作，從而解決了在圖29中講述過的現(xiàn)有技術(shù)的課題——差動放大器的輸入電壓動作范圍受到的限制。就是說，在該文獻(xiàn)4的放大器中，用電路的負(fù)電源VSS附近的電壓，使差動對5動作；用中間電壓，使差動對4和差動對5動作；用電路的正電源VDD附近的高電壓，使差動對4動作。所以，差動放大器的變換率gm有3種情況，在接地電位VSS附近用gm＝gmn表達(dá)；在中間電壓處用gm＝2·gmn表達(dá)；在電源電壓VDD附近用gm＝gmn表達(dá)。
這樣，構(gòu)成所述文獻(xiàn)4的運(yùn)算放大器的差動放大器，雖然能在全輸入電壓范圍中動作，但即使分別變更差動對4和差動對5的變換率，也不能使差動放大器的變換率保持一定。所以，構(gòu)成文獻(xiàn)4的運(yùn)算放大器的差動放大器，存在著不能在全輸入電壓范圍中使變換率保持一定的缺點(diǎn)。
于是，在現(xiàn)有技術(shù)中，作為能在全輸入動作電壓范圍內(nèi)動作，而且能在全輸入電壓范圍中使變換率gm保持一定的差動放大器，有文獻(xiàn)5(特開平8-18354號公報)記述的技術(shù)。
圖35是表示構(gòu)成所述文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器的差動放大器的電路圖。在該圖中，M31、M33、M35、M36和M37是旨在測量由差動信號的電壓電平造成的電流變化的差動放大器及二極管負(fù)載，M32、M34、M38、M39是構(gòu)成電流減法電路的p溝道MOS晶體管，M40和M41是構(gòu)成電流減法電路的n溝道MOS晶體管。其它電路結(jié)構(gòu)都和圖33一樣。
圖36是講述所述文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器的動作的方框圖。在該圖中，41是旨在測量由差動信號的電壓電平造成的電流變化的電流測量電路，42是旨在從本來的電流中減去用電流測量電路41檢測到的電流的電流減法電路，M8是被所述電流減法電路42的輸出控制的尾電流源。
下面，講述采用這種結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)5的差動放大器的動作。在該文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器中，通過組合由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對和電平移動電路后使之動作，從而解決了在圖29中講述過的現(xiàn)有技術(shù)的課題——差動放大器的輸入電壓動作范圍受到的限制。就是說，在該文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器中，用電路的負(fù)電源VSS附近的電壓，使差動對5動作；用中間電壓，在電流測量電路41及電流減法電路42的作用下n溝道MOS晶體管的電流被停止，只有電流差動對4動作；用電路的正電源VDD附近的高電壓，也使差動對4動作。所以，差動放大器的變換率gm有2種情況在接地電位VSS附近，gm＝gmn；而在中間電壓處及在電源電壓VDD附近，也是gm＝gmn這樣，構(gòu)成所述文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器的差動放大器，能在全輸入電壓范圍中動作，而且也能使差動放大器的變換率保持一定。
但是，在所述文獻(xiàn)5的差動放大器中，存在對高速、大振幅的輸入信號不能迅速響應(yīng)的缺點(diǎn)。即在電流測量電路41及電流減法電路42中使用電流反射鏡電路(M31和M32)、(M38和M39)，這些電流反射鏡電路從OFF到ON的動作時，能夠確保所希望的動作速度，但從ON到OFF的動作時，由于不能迅速釋放MOS晶體管的柵極電容中積蓄的電荷，所以存在動作速度緩慢的缺點(diǎn)。這樣，在構(gòu)成文獻(xiàn)5的運(yùn)算放大器的差動放大器中，存在不能高速動作的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決現(xiàn)有技術(shù)的上述課題，其目的在于能夠在運(yùn)算放大器及差動放大器中，在放大信號時，在全輸入動作電壓范圍內(nèi)增益相同，而且能夠高速地動作。
為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明的運(yùn)算放大器及差動放大器中，如所述圖34所示的文獻(xiàn)4的放大器那樣，對具有2個差動對、電流源和2個電平移位電路的結(jié)構(gòu)，不使用具有電流反射鏡電路的電流測量電路及電流減法電路，取而代之的是使用不具有電流反射鏡電路的比較器及開關(guān)，也能構(gòu)成具有相同功能的放大器。
即本發(fā)明的運(yùn)算放大器，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；將輸入所述第1及第2輸入端子的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；第3電流源及基準(zhǔn)電壓源；比較所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的電壓和所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的比較器；按照所述比較器的比較結(jié)果，將所述第3電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的開關(guān)電路；將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
另外，本發(fā)明在所述差動放大器中，具有移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路，其特征在于，所述所述第2差動對及第2電流源，取代由所述第1及第2輸入端子輸入的差動信號，將由所述第3及第4電平移動電路電平移位的差動信號變換成電流。
進(jìn)而，在本發(fā)明的差動放大器中，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；基準(zhǔn)電壓源；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號用基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第1及第2電壓限制電路；將電壓被所述第1及第2電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；將輸入所述第1及第2輸入端子的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；第3電流源；比較所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的電壓和所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的比較器；按照所述比較器的比較結(jié)果，將所述第3電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的開關(guān)電路；將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
加之，本發(fā)明在所述差動放大器中，具有移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路，其特征在于，所述所述第2差動對及第2電流源，取代由所述第1及第2輸入端子輸入的差動信號，將由所述第3及第4電平移動電路電平移位的差動信號變換成電流。
再加之，本發(fā)明的特征在于，在所述差動放大器中，具有第4電流源；比較所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的電壓和所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的第2比較器；按照所述第2比較器的比較結(jié)果，將所述第4電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的第2開關(guān)電路。
另外，本發(fā)明的特征在于，在所述差動放大器中，具有第4電流源；比較所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的電壓和所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的第2比較器；按照所述第2比較器的比較結(jié)果，將所述第4電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的第2開關(guān)電路。
進(jìn)而，在本發(fā)明的差動放大器中，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；基準(zhǔn)電壓源；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號用所述基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第1及第2電壓限制電路；將電壓被所述第1及第2電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路；將被所述第3及第4電平移動電路電平移動的差動信號用所述基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第3及第4電壓限制電路；將電壓被所述第3及第4電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
加之，本發(fā)明的特征在于，在所述差動放大器中，所述比較器及開關(guān)電路，包括柵極接收所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的第1晶體管和柵極與所述基準(zhǔn)電壓源連接的第2晶體管；所述第1及第2晶體管，其各自的一端共同與所述第3電流源連接，另一端分別與所述第1及第2電流源連接。
再加之，本發(fā)明的運(yùn)算放大器，其特征在于，和所述差動放大器合成、放大所述差動放大器的電流輸出的電流合成及放大電路。
采用以上的結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明在構(gòu)成差動信號的第1或第2信號中的某一方例如第1信號的電壓低于基準(zhǔn)電壓源的電壓值時，比較器檢知到該情況，將開關(guān)電路例如切換到第1電流源側(cè)，第3電流源的電流流入第1電流源，阻止電流流入第1差動對。其結(jié)果，輸入的差動信號只經(jīng)過第2差動對后輸出。而在第1信號的電壓高于基準(zhǔn)電壓源的電壓值時，將開關(guān)電路切換到第2電流源側(cè)，第3電流源的電流流入第2電流源，阻止電流流入第2差動對。所以，輸入的差動信號只經(jīng)過第1差動對后輸出，這樣，將第1及第2差動對用同一極性的晶體管構(gòu)成后，在全輸入動作電壓范圍中的增益就相等。而且，比較器及開關(guān)電路，采用和現(xiàn)有技術(shù)的電路不同的結(jié)構(gòu)——不包含電流反射鏡電路，所以可以進(jìn)行高速切換動作，高速地動作。
另外，在本發(fā)明的差動放大器中，取代所述比較器及開關(guān)電路，設(shè)置和它們進(jìn)行同樣動作的電壓限制電路，所以在全輸入動作電壓范圍中的增益就相等，而且高速地動作。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖3是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖7是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖9是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖11是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖13是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖14是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖15是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖17是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖18是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖19是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖20表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖21是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖23表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖24表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖25是表示本發(fā)明的第7實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖26是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖27表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該運(yùn)算放大器時的方框結(jié)構(gòu)的圖。
圖28是表示該運(yùn)算放大器內(nèi)的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路的圖。
圖29是表示文獻(xiàn)1的差動放大器的電路。
圖30是表示用p溝道MOS晶體管構(gòu)成該差動放大器的電路的圖。
圖31是表示文獻(xiàn)3的放大器的具體的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖32是表示該放大器的方框電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖33是表示文獻(xiàn)4的放大器的具體的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖34是表示該放大器的方框電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖35是表示文獻(xiàn)5的放大器的具體的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖36是表示該放大器的方框電路結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參閱附圖，講述本發(fā)明的實(shí)施方式。
(第1實(shí)施方式)圖1是示出第1實(shí)施方式中運(yùn)算放大器的方框圖。
在圖1中，1、2是輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子，被該輸入端子1、2輸入的第1及第2信號，在由p溝道MOS晶體管構(gòu)成的第1及第2電平移動電路8、9的作用下，其電壓電平分別被移動。5是由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的第1差動對，4是由與為同一極性的n溝道MOS晶體管構(gòu)成的第2差動對，7是所述第1差動對5用的第1電流源，6是所述第2差動對4用的第2電流源，供給與所述第1電流源7等量的電流。所述第1差動對5及第1電流源7，將被所述第1及第2電平移動電路8、9電平移動的差動信號變換成電流；所述第2差動對4及第2電流源6，將被輸入所述第1及第2輸入端子的差動信號變換成電流。
另外，11是供給與所述第1及第2電流源7、6等量的電流的第3電流源；12是將所述第3電流源11的電流，分配給所述第1電流源7或第2電流源6的開關(guān)電路；13是使開關(guān)電路12進(jìn)行切換動作的比較器；15是具有在電源電壓VDD和接地電位VSS之間的所定電位的基準(zhǔn)電壓源，該基準(zhǔn)電壓源15通過輸入端子14，與比較器13的一端連接，以便將判斷基準(zhǔn)給予所述比較器13。比較器13的+端子，輸入由所述第1輸入端子輸入的第1信號(構(gòu)成差動信號的2個信號中的一個信號)。所述比較器13，在第1信號電壓低于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，控制開關(guān)電路12，將其切換到第1電流源7側(cè)。進(jìn)而，在圖1中，16、17是將所述第1及第2差動對5、4的輸出匯合的第1及第2輸出端子。由以上電器，構(gòu)成差動放大器。
進(jìn)而，在圖1中，10是合成及放大由所述差動放大器的輸出端子16、17輸出的電流的電流合成及放大電路，包括該電流合成及放大電路10和所述差動放大電路，構(gòu)成運(yùn)算放大器。此外，在圖1中，3是電流合成及放大電路10的輸出端子，也是運(yùn)算放大器的輸出端子。
圖2示出本實(shí)施方式的差動放大器的具體的結(jié)構(gòu)電路。在該圖中，由2個p溝道MOS晶體管M9、M10構(gòu)成第1電平移動電路8，由另2個p溝道MOS晶體管M4、M5構(gòu)成第2電平移動電路9。另外，由2個n溝道MOS晶體管M6、M7構(gòu)成第1差動對5，由另2個n溝道MOS晶體管M1、M2構(gòu)成第2差動對4。由n溝道MOS晶體管M8構(gòu)成第1電流源7，由n溝道MOS晶體管M3構(gòu)成第2電流源6。
進(jìn)而，在圖2中，由p溝道MOS晶體管(第1晶體管)M12及另一個p溝道MOS晶體管(第2晶體管)M13構(gòu)成比較器13及開關(guān)電路12。另外，由p溝道MOS晶體管M11構(gòu)成第3電流源11。在所述比較器13及開關(guān)電路12中，第1輸入端子1的第1信號，輸入p溝道MOS晶體管M12的柵極，基準(zhǔn)電壓源15(在圖2中未示出)通過輸入端子14與另一個p溝道MOS晶體管M12的柵極連接。另外，2個p溝道MOS晶體管M12、M13的各源極(一端)，共同與第3電流源11的p溝道MOS晶體管M11的漏極連接。p溝道MOS晶體管M12的漏極(另一端)和另一個p溝道MOS晶體管M13的漏極(另一端)，分別與第2電流源6、第1電流源7連接。
下面，使用圖1及圖2，講述這種結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的差動放大器的動作。
在圖1中，輸入端子1的第1信號的電壓，在接地地位VSS附近低于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，通過比較器13及開關(guān)電路12，第3電流源11的電流流入第2電流源6。這樣，第2電流源6的電流被第3電流源11的電流抵消，第2差動對4無電流流入。這時，輸入的差動信號，通過電平移動電路8、9、第1差動對5、電流合成及放大電路10放大后，由輸出端子3輸出。
這時，將構(gòu)成第1及第2差動對5、4的n溝道MOS晶體管的電導(dǎo)作為gmn，差動放大器的變換率gm，在接地電位VSS附近，用gm＝gmn表達(dá)。在輸入端子1的第1信號電壓未超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓之前，繼續(xù)進(jìn)行所述的動作。
接著，輸入端子1的第1信號電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓后，比較器13及開關(guān)電路12的動作倒相，第3電流源11的電流流入第1電流源7。這樣，第1電流源7的電流被第3電流源11的電流抵消，電流不流入第1差動對5。這時，輸入的差動信號，通過第1差動對4、電流合成及放大電路10放大后，由輸出端子3輸出。
這時，差動放大器的變換率gm成為gm＝gmn動作可以直到電源電壓VDD附近為止。這樣，在本實(shí)施方式中，在第1信號的電壓從接地電位VSS到電源電壓VDD為止的全輸入動作范圍中，增益相等。
進(jìn)而，比較器13與現(xiàn)有技術(shù)具有的電流反射統(tǒng)電路不同，可以進(jìn)行高速切換動作，所以運(yùn)算放大器能夠高速地動作。
下面，使用圖2，講述本實(shí)施方式的差動放大器的更詳細(xì)的動作。輸入端子1的第1信號電壓在接地電位VSS附近時，p溝道MOS晶體管M12導(dǎo)通，p溝道MOS晶體管M11的電流，流入n溝道MOS晶體管M3。這樣，n溝道MOS晶體管M3的電流被p溝道MOS晶體管M11的電流抵消，電流未流入n溝道MOS晶體管M1、M2。所以，被輸入的差動信號，通過p溝道MOS晶體管M5、M10、n溝道MOS晶體管M6、M7，作為差動放大器的電流輸出，被從輸出端子16、17輸出。這時，差動放大器的變換率gm，在VSS附近成為gm＝gmn在輸入端子1的第1信號電壓未超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓之前，繼續(xù)進(jìn)行所述的動作。
接著，輸入端子1的第1信號電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓后，p溝道MOS晶體管M13導(dǎo)通，p溝道MOS晶體管M11的電流，流入n溝道MOS晶體管M8。這樣，n溝道MOS晶體管M8的電流被p溝道MOS晶體管M11的電流抵消，電流未流入n溝道MOS晶體管M6、M7。所以，被輸入的差動信號，通過n溝道MOS晶體管M1、M2，作為差動放大器的電流輸出，被從輸出端子16、17輸出。這時，差動放大器的變換率gm成為gm＝gmn動作可以直到電源電壓VDD附近為止。
因此，由圖2可知，比較器13及開關(guān)電路12未采用電流反射鏡的結(jié)構(gòu)，所以構(gòu)成它們的p溝道MOS晶體管M12、M13可以進(jìn)行高速切換動作，所以運(yùn)算放大器能夠高速地動作。
此外，在圖2的差動放大器中，關(guān)于基準(zhǔn)電壓源15的電壓的選定，作為動作條件，只要選擇的基準(zhǔn)電壓源15的電壓，能夠在p溝道MOS晶體管M11在飽和區(qū)域動作、而且在n溝道MOS晶體管M1、M2動作之際，使n溝道MOS晶體管M3在飽和區(qū)域動作；而在n溝道MOS晶體管M6、M7動作之際，使n溝道MOS晶體管M8在飽和區(qū)域動作即可。另外，由p溝道MOS晶體管M5、M10進(jìn)行的電平移動電壓量，只要選擇p溝道MOS晶體管M5、M10及n溝道MOS晶體管M6、M7的柵極寬及柵極長的尺寸能夠使n溝道MOS晶體管M8在飽和區(qū)域動作即可。
在本實(shí)施方式中，將第1輸入端子1的第1信號輸入比較器13的輸入端子。但也可以將第2輸入端子2的第2信號輸入比較器13的輸入端子。其理由是在運(yùn)算放大器中使用本實(shí)施方式的差動放大器時，第1輸入端子1的第1信號的電壓和第2輸入端子2的第2信號的電壓，用運(yùn)算放大器的假想短路而變得相等，所以無論使用第1及第2信號的電壓中的哪一個，都能比較檢測。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，使用由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對4、5構(gòu)成差動放大器，但毫無疑問，也可以使用由p溝道MOS晶體管構(gòu)成的差動對構(gòu)成差動放大器。圖3示出這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)算放大器的方框圖，圖4示出其具體的電路結(jié)構(gòu)的差動放大器。
(第2實(shí)施方式)
下面，講述第2實(shí)施方式的運(yùn)算放大器。
圖5示出本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。該圖的運(yùn)算放大器，對圖1所示的運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)而言，又追加了旨在移動第1及第2輸入端子1、2的差動信號的電壓電平的由n溝道MOS晶體管構(gòu)成的第3及第4電平移動電路18、19。由該電平移動電路18、19電壓電平移動的差動信號，被輸入第2差動對4后，變換成電流。
圖6示出所述圖5所示的差動放大器的具體的電路圖。在該圖中，第3電平移動電路由2個n溝道MOS晶體管M14、M15構(gòu)成，第4電平移動電路由2個n溝道MOS晶體管M16、M17構(gòu)成。
在本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器中，在輸入端子1的第1信號的電壓未達(dá)到基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，經(jīng)過第1及第2電平移動電路8、9和第1差動對5后被放大，而在第1信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，則經(jīng)過第3及第4電平移動電路18、19和第2差動對4后被放大。這樣，在全輸入動作電壓范圍內(nèi)，差動信號經(jīng)過某一對電平移動電路8、9或18、19，所以在全輸入動作電壓范圍內(nèi)的增益損失及頻率特性的變化是均等的。
本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器，在全輸入動作電壓范圍內(nèi)增益相等，而且高速度動作。在這一點(diǎn)上，和所述第1實(shí)施方式一樣。
另外，毫無疑問，在本實(shí)施方式中，也能將第2輸入端子2的第2信號輸入比較器13的輸入端子，采用用p溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的電路結(jié)構(gòu)。圖7示出用p溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的方框圖，圖8示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
(第3實(shí)施方式)下面，講述第3實(shí)施方式的運(yùn)算放大器。
圖9出本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。該圖的運(yùn)算放大器，對圖1所示的運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)而言，又追加了第1及第2電壓限制電路20、21。
所述第1及第2電壓限制電路20、21，與基準(zhǔn)電壓源15連接，將由第1及第2電平移動電路8、9電壓電平移動差動信號的電壓，限制在所述基準(zhǔn)電壓源15的電壓以下，將該受到電壓限制的差動信號向第1差動對5輸出。
圖10示出本實(shí)施方式的差動放大器的具體的電路圖。在該圖中，第1電平移動電路8、比較器13、第3電流源11及第1電壓限制電路20，由3個p溝道MOS晶體管M9、M10、M19構(gòu)成。另外，第2電平移動電路9及第2電壓限制電路21，由3個p溝道MOS晶體管M4、M5、M18構(gòu)成。即在圖10的差動放大器中，p溝道MOS晶體管M9，兼用圖2所示的p溝道MOS晶體管M11(第3電流源11)；p溝道MOS晶體管M10、M11，兼用圖2所示的p溝道MOS晶體管M12、M13(開關(guān)電路12及比較器13)。此外，在本實(shí)施方式中，如前所述，使2個p溝道MOS晶體管M10、M19具有開關(guān)電路12及比較器13的功能。但毫無疑問，也可以取而代之，使2個p溝道MOS晶體管M5、M18具有開關(guān)電路12及比較器13的功能。
這樣，在本實(shí)施方式中，特別是在輸入端子1的第1信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，第1電流源7側(cè)被比較器13及開關(guān)電路12選擇，第1電流源7的電流被第3電流源11的電流抵消，第1差動對5內(nèi)沒有電流流入，所以輸入的差動信號被第1差動對4變換成電流，同時由第1及第2電平移動電路8、9電平移動的差動信號的電壓，在構(gòu)成第1及第2電壓限制電路20、21的p溝道MOS晶體管M18、M19的作用下，被限制成基準(zhǔn)電壓源15的電壓。所以，在第1信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓之際的第1差動對5的這樣的動作，就被可靠地禁止。
此外，毫無疑問，在本實(shí)施方式中，也能將第2輸入端子2的第2信號輸入比較器13的輸入端子，采用用p溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的電路結(jié)構(gòu)。圖11示出用p溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的方框圖，圖12示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
(第4實(shí)施方式)下面，講述本發(fā)明的第4實(shí)施方式的運(yùn)算放大器。
圖13示出本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。在所述第3實(shí)施方式中，對圖1所示的第1實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)追加了第1及第2電壓限制電路20、21；而在本實(shí)施方式中，則對圖5所示的第2實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)追加了該第1及第2電壓限制電路20、21。其它結(jié)構(gòu)都和圖5一樣。圖14示出圖13的運(yùn)算放大器的具體的電路圖。
這樣，在本實(shí)施方式中，可以獲得在全輸入動作電壓范圍內(nèi)增益相等，而且利用比較器13及開關(guān)電路12可以獲得進(jìn)行高速切換動作后進(jìn)行高速動作的差動放大器，同時還具有2對電平移動電路8、9及18、19，所以能夠使全輸入動作電壓范圍內(nèi)的增益損失及頻率特性的劣化均等，進(jìn)而還可以在第1信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓之際禁止第1差動對5的動作，切實(shí)進(jìn)行切換動作。
此外，圖15示出取代本實(shí)施方式這種用n溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5，而用p溝道MOS晶體管構(gòu)成的方框圖結(jié)構(gòu)，圖16示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
(第5實(shí)施方式)進(jìn)而，講述本發(fā)明的第5實(shí)施方式的運(yùn)算放大器。
圖17出本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。該圖的運(yùn)算放大器，對圖9所示的第3實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)而言，又追加了第4電流源22、第2開關(guān)電路23及第2比較器24。所述第2開關(guān)電路23和第1開關(guān)電路11一樣，將第4電流源22的電流分配給第1電流源7和第2電流源6。另外，所述第2比較器24，使所述第2開關(guān)電路23進(jìn)行切換動作，其一端子經(jīng)過輸入端子14與基準(zhǔn)電壓源15連接，其+端子與第1比較器13的+端子被輸入第1輸入端子1的第1信號不同，被輸入由第2輸入端子2輸入的第2信號。
圖18示出本實(shí)施方式的差動放大器的具體的電路圖。在該圖中，第2電平移動電路9、第2電壓限制電路21、第4電流源22、第2開關(guān)電路23及第2比較器24，由3個p溝道MOS晶體管M4、M5、M18構(gòu)成。
這樣，在本實(shí)施方式中，特別是在第1及第2輸入端子1、2的第1及第2信號的電壓在接地電位VSS附近時，在第1及第2比較器13、24及第1及第2開關(guān)電路12、23的作用下，第3及第4電流源11、22的電流流入第2電流源6。第2電流源6的電流被第3及第4電流源11、22的電流抵消，第2差動對4內(nèi)沒有電流流入，所以輸入的差動信號只被第1差動對5變換成電流。而在第1及第2輸入端子1、2的第1及第2信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，在第1及第2比較器13、24及第1及第2開關(guān)電路12、23的作用下，第3及第4電流源11、22的電流流入第1電流源7，第1電流源7的電流被抵消，第1差動對5內(nèi)沒有電流流入，所以輸入的差動信號只被第2差動對4變換成電流。其它動作和效果與圖1及圖9的運(yùn)算放大器一樣，故不再贅述。
此外，圖19示出取代本實(shí)施方式的這種用n溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的電路結(jié)構(gòu)，而用p溝道MOS晶體管構(gòu)成的方框圖，圖20示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
(第6實(shí)施方式)下面，講述本發(fā)明的第6實(shí)施方式的運(yùn)算放大器。
圖21示出本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器，對圖13所示的第4實(shí)施方式的運(yùn)算放大器，與前文的圖17所示的第5實(shí)施方式一樣，又追加了第4電流源22、第2開關(guān)電路23及第2比較器24。其它結(jié)構(gòu)都和圖13的運(yùn)算放大器一樣。圖22示出圖21的運(yùn)算放大器的具體的電路圖。
這樣，在本實(shí)施方式中，可以獲得第4實(shí)施方式和第5實(shí)施方式相加的作用和效果。
此外，圖23示出取代本實(shí)施方式這種用n溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5，而用p溝道MOS晶體管構(gòu)成的方框圖結(jié)構(gòu)，圖24示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
(第7實(shí)施方式)進(jìn)而，圖25示出本發(fā)明的第7實(shí)施方式的運(yùn)算放大器的方框圖。本實(shí)施方式的運(yùn)算放大器，是在圖13所示的第4實(shí)施方式運(yùn)算放大器中，削除第3電流源11、開關(guān)電路12及比較器13，追加了第3及第4電壓限制電路25、26。就是說，在本實(shí)施方式中，沒有采用使第3電流源11的電流流入第1或第2電流源7、6抵消電流的結(jié)構(gòu)，而是利用2對電壓限制電路20、21及25、26切換第1差動對5和第2差動對4的電流變換作用。
所述第3及第4電壓限制電路25、26，將由第3及第4電平移動電路18、19電壓電平移動的差動信號的電壓，限制在所述基準(zhǔn)電壓源15的電壓以上，將該受到電壓限制的差動信號向第1差動對4輸出，變換成電流。
圖26示出圖24所示的運(yùn)算放大器中差動放大器的具體的電路圖。在該圖中，第1電平移動電路8及第1電壓限制電路20，由3個p溝道MOS晶體管M9、M10、M19構(gòu)成；第2電平移動電路9及第2電壓限制電路21，由3個p溝道MOS晶體管M4、M5、M18構(gòu)成。另外，第3電平移動電路18及第3電壓限制電路25，由3個n溝道MOS晶體管M14、M15、M20構(gòu)成；第4電平移動電路19及第3電壓限制電路26，由3個n溝道MOS晶體管M16、M17、M21構(gòu)成。
以下，使用圖25及圖26，講述采用如上結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的差動放大器的動作。
在圖25中，構(gòu)成第1及第2輸入端子1、2的差動信號的第1及第2信號的各電壓，在低于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，輸入的差動信號通過第1及第2電平移動電路8、9，進(jìn)而通過第1及第2電壓限制電路20、21，用第1差動對5變換成電流后，通過電流合成及放大電路10，從輸出端子3放大、輸出。另一方面，所述差動信號雖然通過第3及第4電平移動電路18、19，但被第3及第4電壓限制電路25、26切斷，未能到達(dá)第2差動對4。這樣，在差動信號的電壓低于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，差動放大器的變換率gm，將構(gòu)成第1差動對5的n溝道MOS晶體管的電導(dǎo)作為gmn，用gm＝gmn表達(dá)。
接著，在第1及第2輸入端子1、2的第1及第2信號的各電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，與上述情況相反，通過第3及第4電平移動電路18、19，進(jìn)而通過第3及第4電壓限制電路25、26，用第2差動對4變換成電流后，通過電流合成及放大電路10放大，從輸出端子3輸出。另一方面，所述差動信號雖然通過第1及第2電平移動電路8、9，但被第1及第2電壓限制電路20、21切斷，未能到達(dá)第1差動對5。這樣，在差動信號的電壓高于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，差動放大器的變換率gm，用gm＝gmn表達(dá)。所以，在全輸入端子電壓范圍內(nèi)，增益相等。
接著，使用圖26，進(jìn)一步詳細(xì)講述其動作。第1及第2輸入端子1、2的差動信號的電壓，低于基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，被輸入的差動信號通過p溝道MOS晶體管M5、M10，通過n溝道MOS晶體管M6、M7，作為差動放大器的電流輸出由輸出端子16、17輸出。而n溝道MOS晶體管M14、M16被斷開，差動信號不通過構(gòu)成第2差動對4的n溝道MOS晶體管M1、M2。這時，差動放大器的變換率gm，用
gm＝gmn表達(dá)。
另一方面，在第1及第2輸入端子1、2的差動信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，被輸入的差動信號通過n溝道MOS晶體管M14、M16，再通過構(gòu)成第2差動對4的n溝道MOS晶體管M1、M2，作為差動放大器的電流輸出，由輸出端子16、17輸出。而p溝道MOS晶體管M5、M10被斷開，差動信號不通過構(gòu)成第1差動對5的n溝道MOS晶體管M6、M7。這時，差動放大器的變換率gm，用gm＝gmn表達(dá)。所以，在全輸入端子電壓范圍內(nèi)，增益相等。
而且，由圖26可知，2對電壓限制電路20、21及25、26由p溝道MOS晶體管M10、M19、M5、M18及n溝道MOS晶體管M14、M20、M16、M21構(gòu)成。但由于未采用電流反射鏡電路的結(jié)構(gòu)，所以能夠進(jìn)行高速切換動作，運(yùn)算放大器能夠高速地動作。
另外，因?yàn)椴顒有盘栐谄潆妷何催_(dá)到基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，經(jīng)過第1及第2電平移動電路8、9，超過基準(zhǔn)電壓源15的電壓時，則經(jīng)過第3及第4電平移動電路18、19，所以在全輸入動作電壓范圍內(nèi)的增益損失及頻率特性的變化是均等的。
此外，在圖26的差動放大器中，作為動作條件，只要選擇的基準(zhǔn)電壓源15的電壓，能夠使p溝道MOS晶體管M4、M9在飽和區(qū)域動作、而且在n溝道MOS晶體管M1、M2動作之際，n溝道MOS晶體管M3在飽和區(qū)域動作，而在n溝道MOS晶體管M6、M7動作之際，n溝道MOS晶體管M8在飽和區(qū)域動作即可。另外，由p溝道MOS晶體管M5、M10進(jìn)行的電平移動電壓量，只要選擇p溝道MOS晶體管M5、M10及n溝道MOS晶體管M6、M7的柵極寬及柵極長的尺寸能夠使n溝道MOS晶體管M8在飽和區(qū)域動作即可。進(jìn)而，由n溝道MOS晶體管M14、M16進(jìn)行的電平移動電壓量，只要選擇n溝道MOS晶體管M14、M16及n溝道MOS晶體管M1、M2的柵極寬及柵極長的尺寸能夠使n溝道MOS晶體管M3在飽和區(qū)域動作即可。
圖27示出取代本實(shí)施方式的這種用n溝道MOS晶體管構(gòu)成差動對4、5的電路結(jié)構(gòu)，而用p溝道MOS晶體管構(gòu)成的方框圖，圖27示出其具體的電路結(jié)構(gòu)。
綜上所述，采用本發(fā)明后，可以實(shí)現(xiàn)在全輸入動作電壓范圍中的增益相等、而且能夠高速地動作的差動放大器及運(yùn)算放大器，所以如果在差動放大器及運(yùn)算放大器中應(yīng)用效果甚佳。
權(quán)利要求
1.一種差動放大器，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；將輸入所述第1及第2輸入端子的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；第3電流源及基準(zhǔn)電壓源；比較所述第1或第2輸入端子輸入的第1或第2信號的電壓與所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的比較器；按照所述比較器的比較結(jié)果，將所述第3電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的開關(guān)電路；以及將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
2.如權(quán)利要求1所述的差動放大器，其特征在于具有移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路，所述所述第2差動對及第2電流源，取代由所述第1及第2輸入端子輸入的差動信號，將由所述第3及第4電平移動電路電平移位的差動信號變換成電流。
3.一種差動放大器，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；基準(zhǔn)電壓源；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號，用基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第1及第2電壓限制電路；將電壓被所述第1及第2電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；將輸入所述第1及第2輸入端子的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；第3電流源；比較輸入所述第1或第2輸入端子的第1或第2信號的電壓與所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的比較器；按照所述比較器的比較結(jié)果，將所述第3電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的開關(guān)電路；以及將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
4.如權(quán)利要求3所述的差動放大器，其特征在于具有移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路，所述所述第2差動對及第2電流源，取代由所述第1及第2輸入端子輸入的差動信號，將由所述第3及第4電平移動電路電平移位的差動信號變換成電流。
5.如權(quán)利要求3所述的差動放大器，其特征在于，具有第4電流源；比較輸入所述第1或第2輸入端子的第1或第2信號的電壓與所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的第2比較器；以及按照所述第2比較器的比較結(jié)果，將所述第4電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的第2開關(guān)電路。
6.如權(quán)利要求4所述的差動放大器，其特征在于，具有第4電流源；比較輸入所述第1或第2輸入端子的第1或第2信號的電壓與所述基準(zhǔn)電壓源的電壓的第2比較器；以及按照所述第2比較器的比較結(jié)果，將所述第4電流源的電流分配給所述第1電流源或第2電流源的第2開關(guān)電路。
7.一種差動放大器，其特征在于，包括輸入由第1信號及第2信號構(gòu)成的差動信號的第1及第2輸入端子；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第1及第2電平移動電路；基準(zhǔn)電壓源；將被所述第1及第2電平移動電路電平移動的差動信號，用所述基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第1及第2電壓限制電路；將電壓被所述第1及第2電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第1差動對及第1電流源；移動輸入所述第1及第2輸入端子的第1及第2信號的電壓的第3及第4電平移動電路；將被所述第3及第4電平移動電路電平移動的差動信號，用所述基準(zhǔn)電壓源的電壓進(jìn)行電壓限制的第3及第4電壓限制電路；將電壓被所述第3及第4電壓限制電路限制的差動信號變換成電流的第2差動對及第2電流源；以及將所述第1差動對的輸出和所述第2差動對的輸出匯合的第1及第2輸出端子。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的差動放大器，其特征在于所述比較器及開關(guān)電路，包括柵極接收輸入所述第1或第2輸入端子的第1或第2信號的第1晶體管；和柵極與所述基準(zhǔn)電壓源連接的第2晶體管，所述第1及第2晶體管，其各自的一端共同與所述第3電流源連接，另一端分別與所述第1及第2電流源連接。
9.一種運(yùn)算放大器，其特征在于，具有權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的差動放大器；和合成并放大所述差動放大器的電流輸出的電流合成及放大電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及放大信號的差動放大器及運(yùn)算放大器，用第1及第2信號構(gòu)成的差動信號，被輸入一對輸入端子(1、2)。例如，在第1信號的電壓低于基準(zhǔn)電壓源(15)的電壓值時，比較器(13)檢測到這種情況，使開關(guān)電路(12)切換到第1電流源(6)側(cè)，第3電流源(11)的電流流入第1電流源(6)，阻止電流流入第1差動對(4)。其結(jié)果，輸入的差動信號，只經(jīng)過第2差動(5)對放大、輸出。另一方面，在第1信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓源(15)的電壓值時，與此相反，使開關(guān)電路(12)切換到第2電流源(7)側(cè)，輸入的差動信號，只經(jīng)過第1差動(4)對放大、輸出。所以在全輸入動作電壓范圍內(nèi)，增益相等，而且高速動作。
文檔編號H03F3/72GK1692551SQ20038010058
公開日2005年11月2日 申請日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者小笹正之, 橫山明夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社