專利名稱：運(yùn)算放大器、管線型ad轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)算放大器及具備該運(yùn)算放大器的管線型AD轉(zhuǎn)換 器，更具體而言，涉及一種任意改變運(yùn)算放大器的電路性能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
以往，為了放大輸入電壓并進(jìn)行輸出，在各種技術(shù)領(lǐng)域利用了運(yùn)算放 大器，例如，利用在管線(pipeline)型AD轉(zhuǎn)換器中。管線型AD轉(zhuǎn)換器 具備分別包含模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電容元件、運(yùn)算放大器等的 多個(gè)轉(zhuǎn)換級，通過在各個(gè)轉(zhuǎn)換級中依次執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和殘差電壓的放大輸 出，在每l位上將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這樣的管線型AD轉(zhuǎn)換器大 多利用在影像用途或通信用途。
圖14是一般的運(yùn)算放大器的電路圖。圖9所示的運(yùn)算放大器放大由 輸入電壓Vinp、 Vinn構(gòu)成的輸入差動(dòng)電壓，并作為由輸出電壓Voutp、 Voutn構(gòu)成的輸出差動(dòng)電壓而輸出。向差動(dòng)晶體管T901a、 T901b的柵極 分別提供輸入電壓Vinp、 Vinn。向電流源晶體管T902的柵極提供偏置電 壓VBN，分別向負(fù)載晶體管T903a、T卯3b的柵極電極提供偏置電壓VBP。
圖15是圖14所示的運(yùn)算放大器的配置圖案。差動(dòng)晶體管T901a、T901b 的柵極電極分別經(jīng)由布線W901a、 W901b與接受輸入電壓Vinp的輸入節(jié) 點(diǎn)、接受輸入電壓Vhm的輸入節(jié)點(diǎn)電連接。電流源晶體管T902的柵極電 極經(jīng)由布線W卯2與接受偏置電壓VBN的偏置節(jié)點(diǎn)連接。負(fù)載晶體管 T903a、 T903b的柵極電極分別經(jīng)由布線W903與接受偏置電壓VBP的偏 置節(jié)點(diǎn)連接。
運(yùn)算放大器按照運(yùn)算放大器的電路性能(例如，電流驅(qū)動(dòng)能力)達(dá)到 期望的性能的方式，經(jīng)各種設(shè)計(jì)工序(設(shè)備配置工序、布線連接工序、規(guī) 則檢驗(yàn)工序等)而設(shè)計(jì)。在設(shè)備配置工序中，決定構(gòu)成運(yùn)算放大器的元件 (晶體管等)的配置，并在配置圖案中記述元件的配置。在布線連接工序中，記述用于連接元件之間的布線到配置圖案。在規(guī)則檢驗(yàn)工序中，檢驗(yàn) 隨著配置圖案是否能夠正常制造運(yùn)算放大器電路(配置圖案是否違反了各 種設(shè)計(jì)規(guī)則)。
另外，管線型AD轉(zhuǎn)換器的配置制作方法公開在特開2002-223165號 公報(bào)(專利文獻(xiàn)l)等中。
專利文獻(xiàn)l:特開2002-223165號公報(bào)(第11頁，第7、第8附圖) 但是，以往，為了改變運(yùn)算放大器的電路性能而需要從元件的配置開 始設(shè)計(jì)并修改，因此運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)改變中需要的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)多，直到 提供運(yùn)算放大器為止需要的期間(TAT: Turn Around Time)會較長。
特別是，近年來，在影像領(lǐng)域或通信領(lǐng)域中要求分辨率的高精度化(具 體而言為8位以上的分辨率)，為了實(shí)現(xiàn)分辨率的高精度化，管線型AD 轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級。另外，由于在管線型AD轉(zhuǎn)換器中每一轉(zhuǎn)換級要 求的電路性能不同，因此需要個(gè)別設(shè)計(jì)包含于各自的轉(zhuǎn)換級的運(yùn)算放大 器。因此，管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)非常多，在管線型AD轉(zhuǎn)換器 的設(shè)計(jì)上花費(fèi)很多時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于比現(xiàn)有更能改變電路性能的設(shè) 計(jì)工時(shí)數(shù)少的運(yùn)算放大器、管線型AD.轉(zhuǎn)換琳。
根據(jù)本發(fā)明的l個(gè)方式，運(yùn)算放大器具備元件形成層，包括用于將
第1和第2輸入電壓構(gòu)成的差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為電流對的差動(dòng)部，用于調(diào)整提 供給所述差動(dòng)部的電流量的電流調(diào)整部，用于接受來自所述差動(dòng)部的電流 對的有源負(fù)載部；和布線層，形成在所述元件形成層的上部，包括第l和 第2差動(dòng)電壓布線、第1和第2偏置電壓布線。所述差動(dòng)部包括分別具有 第1極性的多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管，所述電流調(diào)整部包括分別具有所 述第1極性的多個(gè)電流源晶體管，所述有源負(fù)載部包括分別具有相對于所 述第1極性為相反極性的第2極性的多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管，所述第 1差動(dòng)電壓布線將所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的柵極電極 電連接在接受所述第1輸入電壓的第1輸入節(jié)點(diǎn)上，所述第2差動(dòng)電壓布 線將所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受所述第2輸入電壓的第2輸入節(jié)點(diǎn)上，所述第1偏置電壓布線將所述多個(gè) 電流源晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受用于使具有所 述第1極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第1偏置電壓的第1偏置節(jié)點(diǎn)上，所 述第2偏置電壓布線將所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管之中使用的晶體管
的柵極電極電連接在接受用于使具有所述第2極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài) 的第2偏置電壓的第2偏置節(jié)點(diǎn)上。
在所述運(yùn)算放大器中，無須改變元件形成層的結(jié)構(gòu)，而只要改變布線 層的布線圖案，就能夠任意改變運(yùn)算放大器的電路性能(例如，電流驅(qū)動(dòng) 能力等)。因此，與以往從元件的配置開始設(shè)計(jì)并修改的情況相比，更能
夠削減運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT (Turn Around Time)提
供運(yùn)算放大器。
另外，管線型AD轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級，該多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括所 述運(yùn)算放大器，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級 的輸入差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間差動(dòng)電壓；和電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差 動(dòng)電壓進(jìn)行采樣的電容部和所述運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器放大由所述電 容部采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓 之間的混合差動(dòng)電壓。分別包含在所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級中的運(yùn)算放大器的元件 形成層具有與其它運(yùn)算放大器相同的結(jié)構(gòu)，該運(yùn)算放大器的布線層具有與 其它運(yùn)算放大器不同的結(jié)構(gòu)。
在所述管線型AD轉(zhuǎn)換器中，由于只要改變布線層的布線圖案，就能 夠任意設(shè)定分別包含在轉(zhuǎn)換級中的運(yùn)算放大器的電路性能，因此與以往相 比，更能夠削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的其它方式，運(yùn)算放大器具備差動(dòng)部，將第1和第2輸 入電壓構(gòu)成的差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為電流對；電流調(diào)整部，調(diào)整提供給所述差動(dòng) 部的電流量；和有源負(fù)載部，接受來自所述差動(dòng)部的電流對。所述差動(dòng)部 包括多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管，分別具有第1極性；第1切換部，分 別將所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管的柵極電極連接在接受所述第1輸入電壓的 第1輸入節(jié)點(diǎn)和接受用于使具有所述第1極性的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的第 1截止電壓的第1截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上；和第2切換部，分別將所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管的柵極電極連接在接受所述第2輸入電壓的第2輸入 節(jié)點(diǎn)和所述第l截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上。所述電流調(diào)整部包括多個(gè)電
流源晶體管，分別具有所述第l極性；和第3切換部，分別將所述多個(gè)電
流源晶體管的柵極電極連接在接受用于使具有所述第1極性的晶體管處于 導(dǎo)通狀態(tài)的第1偏置電壓的第1偏置節(jié)點(diǎn)和所述第1截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一
個(gè)上。所述有源負(fù)載部包括多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管，分別具有相對 于所述第1極性為相反極性的第2極性；和第4切換部，分別將所述多個(gè)
第1和第2負(fù)載晶體管的柵極電極連接在接受用于使具有所述第2極性的 晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第2偏置電壓的第2偏置節(jié)點(diǎn)和接受用于使具有所 述第2極性的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的第2截止電壓的第2截止電壓節(jié)點(diǎn)的 任一個(gè)上。
在所述運(yùn)算放大器中，通過由各切換部切換柵極電極的連接端，無須 改變運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)，就能夠任意設(shè)定運(yùn)算放大器的電路性能。因此， 與以往(從元件的配置開始設(shè)計(jì)并修改的情況)相比，更能夠削減運(yùn)算放 大器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT提供運(yùn)算放大器。
另外，管線型AD轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級，該多個(gè)轉(zhuǎn)換級包括所述的 運(yùn)算放大器，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級的 輸入差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路得 到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間差動(dòng)電壓；和電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差動(dòng) 電壓進(jìn)行采樣的電容部和所述運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器放大由所述電容 部采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓之 間的混合差動(dòng)電壓。分別包含在所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級的運(yùn)算放大器具有與其它 運(yùn)算放大器相同的結(jié)構(gòu)。
在所述管線型AD轉(zhuǎn)換器中，由于不需要在每一轉(zhuǎn)換級上個(gè)別設(shè)計(jì)運(yùn) 算放大器，因此與以往相比，更能夠削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)。
而且，根據(jù)本發(fā)明的其它方式，管線型AD轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級， 所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級的輸入差動(dòng)電壓 轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路得到的數(shù)字值轉(zhuǎn) 換為中間差動(dòng)電壓；和電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣 的電容部和差動(dòng)放大部，該差動(dòng)放大部放大由所述電容部采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓。 所述差動(dòng)放大部包括具有相同的結(jié)構(gòu)的多個(gè)運(yùn)算放大器。
在所述管線型AD轉(zhuǎn)換器中，由于無須改變元件的配置，而只要改變 布線圖案，就能夠任意設(shè)定轉(zhuǎn)換級的電路性能，因此與以往相比，更能夠
削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT提供管線型AD轉(zhuǎn)換 器。
優(yōu)選所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別還包括輸入切換電路，分別將所述多個(gè)運(yùn)
算放大器的輸入端子對連接在接受用于使該運(yùn)算放大器處于截止?fàn)顟B(tài)的
截止電壓的截止電壓節(jié)點(diǎn)和所述電容部的任一個(gè)上；和輸出切換電路，分 別切換所述多個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端子對與用于輸出該轉(zhuǎn)換級的輸出電 壓的輸出節(jié)點(diǎn)對的連接。
在所述管線型AD轉(zhuǎn)換器中，通過由輸入切換電路和輸出切換電路對 運(yùn)算放大器各自的連接狀態(tài)進(jìn)行切換，從而無須改變轉(zhuǎn)換級的結(jié)構(gòu)就能夠 任意設(shè)定轉(zhuǎn)換級的電路性能。因此，與以往相比，更能夠削減管線型AD 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT提供管線型AD轉(zhuǎn)換器。 (發(fā)明效果)
如上所述，與以往相比，能夠提供用于改變電路性能的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)少 的運(yùn)算放大器、管線型AD轉(zhuǎn)換器。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的運(yùn)算放大器的電路圖。
圖2是圖1所示的運(yùn)算放大器的配置圖案圖。
圖3是圖2所示的A-A線的運(yùn)算放大器的剖面圖。
圖4是圖2所示的B-B線的運(yùn)算放大器的剖面圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例1的運(yùn)算放大器的電路圖。
圖6是圖5所示的運(yùn)算放大器的配置圖案圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例2的運(yùn)算放大器的電路圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例3的運(yùn)算放大器的電路圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式2的管線型AD轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖10是圖9所示的轉(zhuǎn)換級的電路圖。圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3的運(yùn)算放大器的電路圖。 圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式4的轉(zhuǎn)換級的電路圖。 圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式5的轉(zhuǎn)換級的電路圖。
圖14是現(xiàn)有的運(yùn)算放大器的電路圖。
圖15是圖14所示的運(yùn)算放大器的配置圖案圖。
圖中1、 la、 3、 402 —運(yùn)算放大器；101、 31 —差動(dòng)部；102、 32 — 電流調(diào)整部；103、 33 —有源負(fù)載部；T101a、 T101b—差動(dòng)晶體管；T102 —電流源晶體管；T103a、 T103b—負(fù)載晶體管；W101a、 W101b —差動(dòng)電 壓布線；W102、W103 —偏置電壓布線；Wllla、Wlllb—輸出布線；W112a、 W112b、 W112c、 W112d—中間布線；W113、 W114a、 W114b—電源布線； W201a、 W201b、 W202、 W203a、 W203b —截止電壓布線；W301—輔助 布線；2 —管線型AD轉(zhuǎn)換器；21、 41、 51—轉(zhuǎn)換級；22 —子AD轉(zhuǎn)換電 路；23 —解碼邏輯電路；201—模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；202 —數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；203 一運(yùn)算電路；204—電容部;310a、 301b、 302a、 302b、 303 306_連接 切換部；401—差動(dòng)放大部；501—輸入連接切換部；502 —輸出連接切換 部。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在圖中的相同或 相當(dāng)部分附加相同符號且不再重復(fù)其說明。 (實(shí)施方式1)
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的運(yùn)算放大器的電路圖。該運(yùn)算放大器1 放大由輸入電壓Vinn、Vinp構(gòu)成的差動(dòng)電壓，輸出輸出電壓Voutn、Voutp。 運(yùn)算放大器1由包括差動(dòng)部10、電流調(diào)整部102及有源負(fù)載部103的元件 形成層和包括用于電連接各部的多個(gè)布線的布線層構(gòu)成。
差動(dòng)部101將輸入電壓Vinn、 Vi叩轉(zhuǎn)換為電流對。差動(dòng)部101包括 多個(gè)差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…和多個(gè)差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…。 在差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極與接 受輸入電壓Vinp的輸入節(jié)點(diǎn)Ninp連接。同樣地，在差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極與接受輸入電壓Vinn的輸入節(jié)點(diǎn)Ninn連接。
電流調(diào)整部102調(diào)整提供給差動(dòng)部101的電流量。電流調(diào)整部102包 括多個(gè)電流源晶體管T102、 T102、…。電流源晶體管T102與差動(dòng)晶體管 T101a、 T102具有相同的極性。這里，差動(dòng)晶體管T101a、 T101b、電流源 晶體管T102是Nch晶體管。另外，在電流源晶體管T102、 T102之中使 用的電流源晶體管的柵極電極與接受為了使電流源晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài) 的偏置電壓VBN的偏置節(jié)點(diǎn)Nbl連接。
有源負(fù)載部103接受來自差動(dòng)部101的電流對，并產(chǎn)生輸出電壓 Voutn、 Voutp。有源負(fù)載部103包括多個(gè)負(fù)載晶體管T103a、 T103a、… 和多個(gè)負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…。負(fù)載晶體管T103a、 T103b相對于 差動(dòng)晶體管101a具有相反極性。這里，負(fù)載晶體管T103a、 T103b是Pch 晶體管。另外，在負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…與負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中使用的負(fù)載晶體管的柵極電極與接受為了使負(fù)載晶體管處 于導(dǎo)通狀態(tài)的偏置電壓VBP的偏置節(jié)點(diǎn)Nb2連接。
在差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…、 電流源晶體管T102、 T102、…之中未使用的晶體管的柵極電極與接受為 了使Nch晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的截止電壓(這里為接地電壓Vss)的截止 電壓節(jié)點(diǎn)(這里為接地節(jié)點(diǎn))連接。另外，在負(fù)載晶體管T103a、 T103a、… 與負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中未使用的晶體管的柵極電極與接受 為了使Pch晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的電源電壓Vdd的電源節(jié)點(diǎn)連接。 (配置圖案)
圖2是運(yùn)算放大器1的配置圖案圖，圖3、圖4分別是圖2所示的A-A 線、B-B線的運(yùn)算放大器的剖面圖。
在運(yùn)算放大器1的元件形成層11中，形成差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…、差動(dòng)晶體管T102b、T102b、…、電流源晶體管T102、 T102、…、 負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…、連接布 線W103c、 W103c、…和引出布線W101c、 W101c、…、W101d、 W101d、…、 W102c、 W102c、…。
在運(yùn)算放大器l的布線層12中，形成差動(dòng)電壓布線W101a、 W101b、 偏置電壓布線W102、 W103、輸出布線Wllla、 Wlllb、中間布線W112a、Wl2b、 W112c、 W112d、電源布線W113、 W114a、 W114b、和截止電壓 布線W201a、 W201b、 W202、 W203。
(晶體管結(jié)構(gòu))
在這里，參照圖3和圖4，說明差動(dòng)晶體管T101a、 T102b、電流源晶 體管T102、負(fù)載晶體管T103a、 T103b的結(jié)構(gòu)。另外，由于各晶體管是相 同的結(jié)構(gòu)，因此以差動(dòng)晶體管T101a為例進(jìn)行說明。
如圖3所示，在差動(dòng)晶體管T101a中，基板Sub上形成了溝槽區(qū)域 Rw，且源極區(qū)域Rs和漏極區(qū)域Rd分別形成在溝槽區(qū)域Rw中，柵極區(qū) 域Rg經(jīng)由柵極氧化膜形成在溝槽區(qū)域Rw上。柵極區(qū)域Rg、源極區(qū)域 Rs、漏極區(qū)域Rd分別經(jīng)由過孔與柵極電極Wg、源極電機(jī)Ws、漏極電極 Wd電連接。另外，差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…并排設(shè)置為源極區(qū)域 Rs與漏極區(qū)域Rd相鄰。
如圖4所示，差動(dòng)晶體管T101a的柵極電極Wg經(jīng)由過孔與引出布線 W101c電連接。即，引出布線W101c為了延長差動(dòng)晶體管T101a的柵極 電極的長度而形成，也可以說是差動(dòng)晶體管T101a的柵極電極Ws的一部 分。同樣地，引出布線W101d、 W102c分別是差動(dòng)晶體管T101b、電流晶 體管T102的柵極電極的一部分，連接布線W103c也可以說是負(fù)載晶體管 T103a、 T103b的柵極電極的一部分。 (與柵極電極對應(yīng)的布線結(jié)構(gòu))
如圖2所示，差動(dòng)電壓布線W101a按照分別與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的柵極電極重疊的方式從接受輸入電壓Vinp的輸入節(jié)點(diǎn)被延長。 同樣地，差動(dòng)電壓布線W101b按照分別與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、… 的柵極電極重疊的方式從接受輸入電壓Vinp的輸入節(jié)點(diǎn)被延長。
偏置電壓布線W102按照分別與電流源晶體管T102、 T102、…的柵 極電極重疊的方式從接受偏置電壓VBN的偏置節(jié)點(diǎn)被延長。偏置電壓布 線W103按照分別與連接布線W103c、 W103c、…(即，負(fù)載晶體管T103a、 T13a、…和負(fù)載晶體管T103b、 T103b各自的柵極電極)重疊的方式，從 接受偏置電壓VBP的偏置節(jié)點(diǎn)被延長。
(與源極電極/漏極電極對應(yīng)的布線結(jié)構(gòu)) -
輸出布線Wllla分別電連接差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的漏極電極和負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…的漏極電極與用于輸出輸出電壓Voutn 的輸出節(jié)點(diǎn)。同樣地，輸出布線Wlllb分別電連接差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的漏極電極和負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…的漏極電極與用于 輸出輸出電壓Voutp的輸出節(jié)點(diǎn)。
中間布線W112a W112d分別電連接電流源晶體管T102、 T102、… 的漏極電極與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…、差動(dòng)晶體管T101b、T101b、… 的源極電極。
電源布線W113分別電連接電流源晶體管T102、 T102、…的源極電 極與接受接地電壓Vss的接地節(jié)點(diǎn)。電源布線W114a、 W114b分別將負(fù)載 晶體管T103a、 T103a、…的源極電極、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…的 源極電極與接受電源電壓Vdd的電源節(jié)點(diǎn)電連接。 (截止電壓布線)
截止電壓布線W201a按照分別與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的柵 極電極重疊的方式從接受接地電壓Vss的接地節(jié)點(diǎn)被延長。同樣地，截止 電壓布線W201b按照分別與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的柵極電極重 疊的方式從接受接地電壓Vss的接地節(jié)點(diǎn)被延長。
截止電壓布線W202按照分別與電流源晶體管T102、 T102、…的漏 極電極重疊的方式從接受接地電壓Vss的接地節(jié)點(diǎn)被延長。截止電壓布線 W203按照與連接布線W103c、 W103c、…(即，負(fù)載晶體管T103a、T103a、… 和負(fù)載晶體管T103b、 T103b各自的柵極電極)重疊的方式從接受電源電 壓Vdd的電源節(jié)點(diǎn)被延長。
(柵極電極與布線之間的連接狀態(tài))
在差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極 (在圖2中是引出布線W101c)與差動(dòng)電壓布線W101a電連接，未使用 的差動(dòng)晶體管的柵極電極與截止電壓布線W201a電連接。具體而言，在 使用的差動(dòng)晶體管T101a的柵極電極與差動(dòng)電壓布線W101a的重疊部分 形成了過孔，在未使用的差動(dòng)晶體管T101a的柵極電極與截止電壓布線 W201a的重疊部分形成了過孔。
在差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極 (在圖2中是引出布線W101d)與差動(dòng)電壓布線W101b電連接，未使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極與截止電壓布線W201b電連接。
在電流源晶體管T1G2、 T102、…之中使用的電流源晶體管的柵極電極(在圖2中是引出布線W102c)與偏置電壓布線W102電連接，未使用的電流源晶體管的柵極電極與截止電壓布線W202電連接。
在負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中使用的負(fù)載晶體管的柵極電極(在圖2中是連接布線W103c)與偏置電壓布線W103電連接，未使用的負(fù)載晶體管的柵極電極與截止電壓布線W203電連接。
如上所述，不改變元件形成層11的構(gòu)成而只改變布線層12的布線圖案就能夠任意改變運(yùn)算放大器l的電路性能(例如，電流驅(qū)動(dòng)能力等)。因此，與以往從元件的配置開始設(shè)計(jì)并修改相比，能夠削減運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT (Turn Around Time)提供運(yùn)算放大器，且能夠削減開發(fā)費(fèi)用。
特別是，由于所有的差動(dòng)電壓布線W101a、 W101b、偏置電壓布線W102、 W103以及截止電壓布線W201a、 W201b、 W202、 W203包括在1個(gè)布線層11中，因此只要改變這1個(gè)布線層就能夠容易改變運(yùn)算放大器的電路性能。另外，布線層11也可以是非單層結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)。例如，差動(dòng)電壓布線W101a、 W101b、偏置電壓布線W102、 W103也可以包括在與截止電壓布線W201a、 W201b、 W202、 W203不同的布線層中。
而且，由于與差動(dòng)電壓布線W101a、 W101b、偏置電壓布線W102、W103以及截止電壓布線W201a、 W201b、 W202、 W203分別對應(yīng)的柵極電極相互重疊，因此只要改變過孔的形成部位就能夠容易改變布線與柵極電極之間的連接狀態(tài)。
另外，通過連接未使用的晶體管的柵極電極與截止電壓節(jié)點(diǎn)，能夠使未使用的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。另外，即使不連接未使用的晶體管的柵極電極與截止電壓節(jié)點(diǎn)，而只要電連接分別與使用的晶體管的柵極電極對應(yīng)的規(guī)定節(jié)點(diǎn)(輸入節(jié)點(diǎn)、偏置節(jié)點(diǎn)等)，就能夠改變運(yùn)算放大器l的電路性能。即，也可以使未使用的差動(dòng)晶體管T101a的柵極電極處于開放(OPEN)狀態(tài)。
(實(shí)施方式1的變形例1)另外，如圖5所示，不僅是未使用的晶體管的柵極電極，也可以輔助 連接未使用的晶體管的漏極電極和源極電極在截止電壓節(jié)點(diǎn)上。
圖5所示的運(yùn)算放大器la中，差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…、差動(dòng) 晶體管T101b、 T101b、…之中未使用的差動(dòng)晶體管的源極電極和漏極電 極與接地節(jié)點(diǎn)電連接，電流源晶體管T102、 T102、…之中未使用的電流 源晶體管的漏極電極與接地節(jié)點(diǎn)電連接。另外，負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中未使用的負(fù)載晶體管的漏 極電極與電源節(jié)點(diǎn)電連接。 (配置圖案)
圖6是圖5所示的運(yùn)算放大器la的配置圖案。圖6所示的運(yùn)算放大 器la的布線層ll中，在圖2所示的布線的基礎(chǔ)上還形成了輔助布線W301。 另外，元件形成層11的構(gòu)成、差動(dòng)電壓布線W101a、 W101b、偏置電壓 布線W102、 W103與圖2相同。另外，在這里，為了電連接布線與電極， 在布線上形成了與電極重疊而延伸的枝部，該枝部中形成有過孔。 (與源極電極/漏極電極對應(yīng)的布線結(jié)構(gòu))
輸出布線Wllla按照分別與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的漏極電 極重疊并且分別與負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…的漏極電極重疊的方式， 從用于輸出輸出電壓Voutn的輸出節(jié)點(diǎn)被延長。輸出布線Wlllb按照分 別與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的漏極電極重疊并且分別與負(fù)載晶體 管T103b、 T103b、…的漏極電極重疊的方式，從用于輸出輸出電壓Voutp 的輸出節(jié)點(diǎn)被延長。
中間布線W112a按照分別與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的源極電 極重疊的方式被延長，中間布線W112b按照分別與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的源極電極重疊的方式被延長，中間布線W112c按照分別與電 流源晶體管T102、 T102、…的漏極電極重疊的方式被延長。
輔助布線W301按照分別與差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的漏極電 極和源極電極重疊的方式，從接受接地電壓Vss的接地節(jié)點(diǎn)被延長。
電源布線W113不僅分別電連接電流源晶體管T102、 T102、…的源 極電極與接地節(jié)點(diǎn)，而且按照分別與差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的源 極電極重疊并且分別與電流源晶體管T102、 T102、…的漏極電極重疊的
18方式從接地節(jié)點(diǎn)被延長。
電源布線W114a不僅分別電連接負(fù)載晶體管T103a、 T103a的源極電 極與電源節(jié)點(diǎn)，而且按照分別與負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…的漏極電 極重疊的方式從電源節(jié)點(diǎn)被延長。同樣地，電源布線W114b不僅分別電 連接負(fù)載晶體管T103b、 T103b的源極電極與電源節(jié)點(diǎn)，而且按照分別與 負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…的漏極電極重疊的方式從電源節(jié)點(diǎn)被延長。 (漏極電極/源極電極與布線之間的連接狀態(tài))
差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…之中使用的差動(dòng)晶體管的漏極電極與 輸出布線Wllla電連接，源極電極與中間布線W112a電連接。另一方面， 未使用的差動(dòng)晶體管T101a的漏極電極和源極電極與電源布線W113電連 接。具體而言，使用的差動(dòng)晶體管T101a的漏極電極與輸出布線Wllla 的重疊部分、使用的差動(dòng)晶體管T101a的源極電極與中間布線W112a的 重疊部分、未使用的差動(dòng)晶體管T101a的漏極電極與電源布線W113的重 疊部分以及未使用的差動(dòng)晶體管T101a的源極電極與電源布線W113的重 疊部分分別形成過孔。
差動(dòng)晶體管T101a、 T101b、…之中使用的差動(dòng)晶體管的漏極電極與 輸出布線Wlllb電連接，源極電極與中間布線W112b電連接。另一方面， 未使用的差動(dòng)晶體管T101b的漏極電極和源極電極與輔助布線W301電連 接。
電流源晶體管T102、 T102、…之中使用的電流源晶體管的漏極電極 與中間布線W112c電連接。另一方面，未使用的電流源晶體管T102的漏 極電極與電源布線W113電連接。
負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…之中使用的負(fù)載晶體管的漏極電極與 輸出布線Wllla電連接。另一方面，未使用的負(fù)載晶體管T103a的漏極 電極與電源布線Wl 14a電連接。
負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中使用的負(fù)載晶體管的漏極電極與 輸出布線Wlllb電連接。另一方面，未使用的負(fù)載晶體管T103b的漏極 電極與電源布線W114b電連接。
如上所述，通過輔助連接未使用的晶體管的漏極電極和源極電極在截 止電壓節(jié)點(diǎn)上，由于從使用的晶體管分離未使用的晶體管的寄生電容，因此能夠消除該寄生電容對運(yùn)算放大器的頻率特性的影響。
而且，由于各布線與各漏極電極(或各源極電極)相互重疊，因此只 要改變過孔的形成部位，就能夠容易改變布線與漏極電極(或源極電極) 之間的連接狀態(tài)。
(實(shí)施方式1的變形例2)
另外，如圖7所示，差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…分別可以構(gòu)成為 與其它的差動(dòng)晶體管T101a的柵極長度和柵極寬度之中的至少一個(gè)不同的 結(jié)構(gòu)(在圖7中，柵極寬度不同)。對于差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…、 電流源晶體管T102、 T102、…、負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、負(fù)載晶 體管T103b、 T103b、…也相同。 (實(shí)施方式1的變形例3)
另外，如圖8所示，在并排設(shè)置的差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…中， 也可以使相鄰的源極電極與漏極電極相同。對于差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…、電流源晶體管T102、 T102、…、負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、 負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…也相同。 (實(shí)施方式2)
圖9表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的管線型AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。該管線型 AD轉(zhuǎn)換器2依次執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和殘差電壓的放大，在每1位上將差動(dòng)電 壓Ain轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。管線型AD轉(zhuǎn)換器2具有級聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換級
21、 22、…、子AD轉(zhuǎn)換電路22、和解碼邏輯電路23。
轉(zhuǎn)換級21、 22、…分別交替執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換處理和運(yùn)算放大處理。在數(shù) 模轉(zhuǎn)換處理時(shí)，轉(zhuǎn)換級21、 22、…分別基于來自前一級的差動(dòng)電壓(輸入 差動(dòng)電壓)輸出數(shù)字值，并且對輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣。另一方面，在運(yùn) 算放大處理時(shí)，轉(zhuǎn)換級2K 22、…分別基于采樣的輸入差動(dòng)電壓和與數(shù)字 值對應(yīng)的中間差動(dòng)電壓，在下一級輸出輸出差動(dòng)電壓。另外，轉(zhuǎn)換級21、
22、 …分別包括圖1所示的運(yùn)算放大器1。
子AD轉(zhuǎn)換電路22將來自最終級的轉(zhuǎn)換級21的輸出差動(dòng)電壓以2位 分辨率轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。
解碼邏輯電路23將各個(gè)轉(zhuǎn)換級21、 22、…中分別得到的數(shù)字值和子 AD轉(zhuǎn)換電路22中得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為1個(gè)二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。(轉(zhuǎn)換級)
圖10表示圖9所示的轉(zhuǎn)換級21的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換級21包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路(ACD) 201、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC) 202、和運(yùn)算電路203。
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路201將由輸入電壓Ainp、 Ainn構(gòu)成的差動(dòng)電壓(來自 前一級的輸入差動(dòng)電壓)以1.5位的分辨率轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。g卩，數(shù)字值是 3個(gè)值(例如，-1、 0、 +1)中的任一個(gè)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202將基于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路201得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間 差動(dòng)電壓。例如，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202輸出與3個(gè)參考電壓之中的數(shù)字值對 應(yīng)的參考電壓。
運(yùn)算電路203對輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣，并且混合采樣的輸入差動(dòng)電 壓和基于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路201得到的中間差動(dòng)電壓，放大通過混合得到的差 動(dòng)電壓(混合差動(dòng)電壓)，并作為由輸出電壓Aoutp、 Aoutn構(gòu)成的輸出 差動(dòng)電壓在下一級輸出。在這里，放大2倍輸入差動(dòng)電壓與中間差動(dòng)電壓 之間的差分來進(jìn)行輸出。
運(yùn)算電路203包括電容部204與運(yùn)算放大器1。電容部對輸入差動(dòng)電 壓進(jìn)行采樣，包括電容元件CA1、 CA2、 CB1、 CB2與開關(guān)元件SA1 SA5、 SB1 SB5。運(yùn)算放大器1放大由電容部204采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202得到的中間差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓。
數(shù)模轉(zhuǎn)換處理時(shí)，導(dǎo)通開關(guān)元件SA1、 SA2、 SA3，截止開關(guān)元件SA4、 SA5。因此，在電容元件CA1、 CA2對輸入電壓Ainp進(jìn)行采樣。同樣地， 導(dǎo)通開關(guān)元件SB1、 SB2、 SB3，截止開關(guān)元件SB4、 SB5，在電容元件 CB1、 CB2對輸入電壓Ainn進(jìn)行采樣。
另一方面，在運(yùn)算放大處理時(shí)，截止開關(guān)元件SA1、 SA2、 SA3，導(dǎo) 通開關(guān)元件SA4、 SA5。因此，通過運(yùn)算放大器1放大由電容元件CA1、 CA2采樣的輸入電壓Vinp與基于數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202得到的中間差動(dòng)電壓 之間的混合差動(dòng)電壓。同樣地，截止開關(guān)元件SB1、 SB2、 SB3,導(dǎo)通開 關(guān)元件SB4、 SB5。因此，通過運(yùn)算放大器1放大由電容元件CB1、 CB2 采樣的輸入電壓Virm與基于數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202得到的中間差動(dòng)電壓之間 的混合差動(dòng)電壓。
(運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu))另外，分別包括在轉(zhuǎn)換級2K 22、…中的運(yùn)算放大器1的元件形成層
11的結(jié)構(gòu)與其它運(yùn)算放大器1相同，但是布線層12的結(jié)構(gòu)不同于其它運(yùn) 算放大器l。 S卩，按照在轉(zhuǎn)換級21、 22、…中運(yùn)算放大器的電流驅(qū)動(dòng)能力 達(dá)到期望量的方式，在每一轉(zhuǎn)換級21、 22、…上，個(gè)別設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的 布線層。
如上所述，由于只要改變布線層的布線圖案，就能夠任意設(shè)定分別包 含在轉(zhuǎn)換級21、 22、…中的運(yùn)算放大器的電路性能，因此，與以往相比， 更能夠削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)。例如，對第l級轉(zhuǎn)換級執(zhí)行 設(shè)備配置工序、布線連接工序、規(guī)則驗(yàn)證工序來制作配置圖案時(shí)，對于第 2級以后的轉(zhuǎn)換級，無須執(zhí)行設(shè)備配置工序，而只要執(zhí)行布線連接工序、 規(guī)則驗(yàn)證工序即可。這樣，能夠以短TAT (Turn Around Time)提供管線 型AD轉(zhuǎn)換器。
(多個(gè)管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì))
另外，設(shè)計(jì)多個(gè)管線型AD轉(zhuǎn)換器2、 2、…時(shí)，由于在第l級管線型 AD轉(zhuǎn)換器中完成運(yùn)算放大器的配置圖案的制作時(shí)，對于第2級以后的管 線型AD轉(zhuǎn)換器，無須改變元件的配置而只要改變布線層的布線圖案，就 能夠設(shè)計(jì)管線型AD轉(zhuǎn)換器，因此能夠進(jìn)一步削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè) 計(jì)工時(shí)數(shù)。
(實(shí)施方式3)
圖11表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)。該運(yùn)算放大器3 具有差動(dòng)部3K電流調(diào)整部32、和有源負(fù)載33。 (差動(dòng)部)
差動(dòng)部31包括差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…、差動(dòng)晶1^脊TM)lb、 T101b、…與連接切換部301a、 302a、 301b、 302b。
連接切換部301a分別切換差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…的柵極電極 與輸入節(jié)點(diǎn)Ninp之間的連接狀態(tài)，連接切換部302a分別切換差動(dòng)晶體管 T101a、 T101a、…的柵極電極與接地節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)。
連接切換部301b分別切換差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…的柵極電極 與輸入節(jié)點(diǎn)Ninn之間的連接狀態(tài)，連接切換部302b分別切換差動(dòng)晶體管 T101b、 T101b、…的柵極電極與接地節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)。(電流調(diào)整部)
電流調(diào)整部32包括電流源晶體管T102、 T102、…與連接切換部303、
304。
連接切換部303分別切換電流源晶體管T102、 T102、…的柵極電極 與偏置節(jié)點(diǎn)Nbl之間的連接狀態(tài)，連接切換部304分別切換電流源晶體管 T102、 T102、…的柵極電極與接地節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)。 (有源負(fù)載部)
有源負(fù)載部33包括負(fù)載晶體管T103a、 T103、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…與連接切換部305、 306。
連接切換部305分別切換負(fù)載晶體管T103a、 T103、…的柵極電極與 偏置節(jié)點(diǎn)Nb2之間的連接狀態(tài)，連接切換部306分別切換負(fù)載晶體管 T103a、 T103、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…的柵極電極與電源節(jié)點(diǎn) 之間的連接狀態(tài)。
(柵極電極的連接狀態(tài))
差動(dòng)晶體管T101a、 T101a、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極通 過連接切換部301a與輸入節(jié)點(diǎn)Ninp電連接，未使用的差動(dòng)晶體管的柵極 電極通過連接切換部302a與接地節(jié)點(diǎn)電連接。
差動(dòng)晶體管T101b、 T101b、…之中使用的差動(dòng)晶體管的柵極電極通 過連接切換部301b與輸入節(jié)點(diǎn)Ninn電連接，未使用的差動(dòng)晶體管的柵極 電極通過連接切換部302n與接地節(jié)點(diǎn)電連接。
電流源晶體管T102、 T102、…之中使用的電流源晶體管的柵極電極 通過連接切換部303與偏置節(jié)點(diǎn)Nbl電連接，未使用的電流源晶體管的柵 極電極通過連接切換部304與接地節(jié)點(diǎn)電連接。
負(fù)載晶體管T103a、 T103a、…、負(fù)載晶體管T103b、 T103b、…之中 使用的負(fù)載晶體管的柵極電極通過連接切換部305與偏置節(jié)點(diǎn)Nb2電連 接，未使用的負(fù)載晶體管的柵極電極通過連接切換部306與電源節(jié)點(diǎn)電連 接。
如上所述，通過由連接切換部切換柵極電極的連接端，從而能夠不改 變運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)而任意設(shè)定運(yùn)算放大器的電路性能。因此，與以往(從 元件的配置開始設(shè)計(jì)并修改的情況)相比，能夠削減運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)工
23時(shí)數(shù)，且能夠以短TAT提供運(yùn)算放大器。
(管線型AD轉(zhuǎn)換器) 另外，圖9所示的管線型AD轉(zhuǎn)換器2也可以代替運(yùn)算放大器1而具 備圖11所示的運(yùn)算放大器3。此時(shí)，分別包含在轉(zhuǎn)換級21中的運(yùn)算放大 器3具有與其它運(yùn)算放大器3相同的結(jié)構(gòu)。通過這樣構(gòu)成，由于不需要在 每一轉(zhuǎn)換級上個(gè)別設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器，因此，與以往相比，更能夠削減管線 型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)。
(實(shí)施方式4)
本發(fā)明的實(shí)施方式4的管線型AD轉(zhuǎn)換器代替圖9所示的轉(zhuǎn)換級21、
21、 …而具備圖12所示的轉(zhuǎn)換級4K 41、…。其它結(jié)構(gòu)與圖9相同。
圖12所示的轉(zhuǎn)換級41代替圖10所示的運(yùn)算放大器1而包括差動(dòng)放 大部401。其它結(jié)構(gòu)與圖IO相同。差動(dòng)放大部401由具有相同的結(jié)構(gòu)的多 個(gè)運(yùn)算放大器402、 402、…構(gòu)成。運(yùn)算放大器402、 402、…分別為了放 大由電容部204采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于數(shù)模轉(zhuǎn)換電路202得到的中間 差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓而形成。 (運(yùn)算放大器的連接狀態(tài))
運(yùn)算放大器402、 402、…之中使用的運(yùn)算放大器的輸入端子對通過輸 入連接布線與電容部203電連接，輸出端子對通過輸出連接布線與輸出節(jié) 點(diǎn)對(N41a、 N41b)電連接。
如上所述，由于無須改變元件的配置而只要改變布線圖案就能夠任意 設(shè)定轉(zhuǎn)換級的電路性能，因此，與以往相比，更能夠削減管線型AD轉(zhuǎn)換 器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，并能夠以短TAT提供管線型AD轉(zhuǎn)換器。 (實(shí)施方式5)
本發(fā)明的實(shí)施方式5的管線型AD轉(zhuǎn)換器代替圖9所示的轉(zhuǎn)換級21、
22、 …而具備圖13所示的轉(zhuǎn)換級51、 51、…。其它結(jié)構(gòu)與圖9相同。圖 13所示的轉(zhuǎn)換級51在圖12所示的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還包括輸入連接切換部 501和輸出連接切換部502。
輸入連接切換部501分別切換運(yùn)算放大器402、 402、…的輸入端子對 的連接端。輸入連接切換部501電連接運(yùn)算放大器402、 402、…之中使用 的運(yùn)算放大器的輸入端子對在電容部204上，電連接未使用的運(yùn)算放大器的輸入端子對在接地節(jié)點(diǎn)上。
輸出連接切換部502分別切換運(yùn)算放大器402、 402、…的輸出端子對與輸出節(jié)點(diǎn)對(N41a、 N41b)之間的連接狀態(tài)。輸出連接切換部502電連接運(yùn)算放大器402、 402、…之中使用的運(yùn)算放大器的輸出端子對在輸出節(jié)點(diǎn)對上，從輸出節(jié)點(diǎn)對電截止未使用的運(yùn)算放大器的輸出端子對。
如上所述，通過由輸入連接切換部501和輸出連接切換部502切換運(yùn)算放大器402、 402、…的連接狀態(tài)，從而無須改變轉(zhuǎn)換級就能夠任意設(shè)定轉(zhuǎn)換級的電路性能。因此，與以往相比，更能夠削減管線型AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)，能夠以短TAT提供管線型AD轉(zhuǎn)換器。(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)
如上所述，由于本發(fā)明的運(yùn)算放大器電路和管線型AD轉(zhuǎn)換器與以往相比，用于改變電路性能的設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)少，因此利用于模數(shù)混載的半導(dǎo)體集成電路(例如，利用于照相機(jī)、電視機(jī)、攝像機(jī)的影像信號處理、無線LAN等通信信號處理、DVD等的數(shù)字讀取信道技術(shù)的半導(dǎo)體集成電路)。
權(quán)利要求
1、一種運(yùn)算放大器，其特征在于，具備元件形成層，包括用于將第1和第2輸入電壓構(gòu)成的差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為電流對的差動(dòng)部，用于調(diào)整提供給所述差動(dòng)部的電流量的電流調(diào)整部，用于接受來自所述差動(dòng)部的電流對的有源負(fù)載部；和布線層，形成在所述元件形成層的上部，包括第1和第2差動(dòng)電壓布線、第1和第2偏置電壓布線，所述差動(dòng)部包括分別具有第1極性的多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管，所述電流調(diào)整部包括分別具有所述第1極性的多個(gè)電流源晶體管，所述有源負(fù)載部包括分別具有相對于所述第1極性為相反極性的第2極性的多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管，所述第1差動(dòng)電壓布線將所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受所述第1輸入電壓的第1輸入節(jié)點(diǎn)上，所述第2差動(dòng)電壓布線將所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受所述第2輸入電壓的第2輸入節(jié)點(diǎn)上，所述第1偏置電壓布線將所述多個(gè)電流源晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受用于使具有所述第1極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第1偏置電壓的第1偏置節(jié)點(diǎn)上，所述第2偏置電壓布線將所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受用于使具有所述第2極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第2偏置電壓的第2偏置節(jié)點(diǎn)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其特征在于， 所述布線層還包括第1截止電壓布線，將所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管、所述多個(gè)電 流源晶體管之中未使用的晶體管的柵極電極電連接在接受用于使具有所 述第1極性的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的第1截止電壓的第1截止電壓節(jié)點(diǎn)上; 禾口第2截止電壓布線，將所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管之中未使用的 晶體管的柵極電極電連接在接受用于使具有所述第2極性的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的第2截止電壓的第2截止電壓節(jié)點(diǎn)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的運(yùn)算放大器，其特征在于， 所述布線層還包括第1輸出布線，將所述多個(gè)第1負(fù)載晶體管之中使用的晶體管的漏極 電極以及所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的漏極電極電連接在 第1輸出節(jié)點(diǎn)上；第2輸出布線，將所述多個(gè)第2負(fù)載晶體管之中使用的晶體管的漏極 電極以及所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的漏極電極電連接在第2輸出節(jié)點(diǎn)上；和中間布線，將所述多個(gè)電流源晶體管之中使用的晶體管的漏極電極電連接在所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管之中使用的晶體管的源極電極上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)算放大器，其特征在于， 所述布線層還包括-第1輔助布線，將所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管之中未使用的晶體 管的源極電極及漏極電極、和所述多個(gè)電流源晶體管之中未使用的晶體管 的漏極電極電連接在所述第1截止電壓節(jié)點(diǎn)上；和第2輔助布線，將所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管之中未使用的晶體 管的漏極電極電連接在所述第2截止電壓節(jié)點(diǎn)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的運(yùn)算放大器，其特征在于，所述第1差動(dòng)電壓布線分別與所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管的柵極電極重疊，所述第2差動(dòng)電壓布線分別與所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管的柵極電極重疊，所述第1偏置電壓布線分別與所述多個(gè)電流源晶體管的柵極電極重疊，所述第2偏置電壓布線分別與所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管的柵極 電極重疊，所述第1截止電壓布線分別與所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管的柵極 電極重疊，并且分別與所述多個(gè)電流源晶體管的柵極電極重疊，所述第2截止電壓布線分別與所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管的柵極電極重疊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的運(yùn)算放大器，其特征在于，所述第1輸出布線分別與所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管的漏極電極重疊， 并且分別與所述多個(gè)第1負(fù)載晶體管的漏極電極重疊，所述第2輸出布線分別與所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管的漏極電極重疊， 并且分別與所述多個(gè)第2負(fù)載晶體管的漏極電極重疊，所述中間布線分別與所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管的源極電極重 疊，并且分別與所述多個(gè)電流源晶體管的漏極電極重疊，所述第1輔助布線分別與所述多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管的漏極電極 以及源極電極重疊，并且分別與所述多個(gè)電流源晶體管的源極電極重疊，所述第2輔助布線分別與所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管的漏極電極 重疊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其特征在于， 所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管分別與其它的第1差動(dòng)晶體管在柵極寬度和柵極長度上至少有一個(gè)不同，所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管分別與其它的第2差動(dòng)晶體管在柵極寬度和 柵極長度上至少有一個(gè)不同，所述多個(gè)電流源晶體管分別與其它的電流源晶體管在柵極寬度和柵 極長度上至少有一個(gè)不同，所述多個(gè)第1負(fù)載晶體管分別與其它的第1負(fù)載晶體管在柵極寬度和 柵極長度上至少有一個(gè)不同，所述多個(gè)第2負(fù)載晶體管分別與其它的第2負(fù)載晶體管在柵極寬度和 柵極長度上至少有一個(gè)不同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其特征在于， 所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管并排設(shè)置成源極區(qū)域與漏極區(qū)域相鄰，互相共用該相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管并排設(shè)置成源極區(qū)域與漏極區(qū)域相鄰，互相 共用該相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述多個(gè)電流源晶體管并排設(shè)置成源極區(qū)域與漏極區(qū)域相鄰，互相共 用該相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述多個(gè)第1負(fù)載晶體管并排設(shè)置成源極區(qū)域與漏極區(qū)域相鄰，互相 共用該相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域，所述多個(gè)第2負(fù)載晶體管并排設(shè)置成源極區(qū)域與漏極區(qū)域相鄰，互相 共用該相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
9、 一種管線型AD轉(zhuǎn)換器，具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級，該多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包 括權(quán)利要求1 8的任一項(xiàng)所述的運(yùn)算放大器，該管線型AD轉(zhuǎn)換器的特 征在于，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級的輸入差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值； 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)#換電路得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間差 動(dòng)電壓；禾口電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣的電容部和所述運(yùn) 算放大器，該運(yùn)算放大器放大由所述電容部采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所 述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓，分別包含在所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級中的運(yùn)算放大器的元件形成層具有與其 它運(yùn)算放大器相同的結(jié)構(gòu)，該運(yùn)算放大器的布線層具有與其它運(yùn)算放大器 不同的結(jié)構(gòu)。
10、 一種運(yùn)算放大器，其特征在于，具備差動(dòng)部，將第1和第2輸入電壓構(gòu)成的差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為電流對; 電流調(diào)整部，調(diào)整提供給所述差動(dòng)部的電流量；和 有源負(fù)載部，接受來自所述差動(dòng)部的電流對， 所述差動(dòng)部包括多個(gè)第1和第2差動(dòng)晶體管，分別具有第1極性；第1切換部，分別將所述多個(gè)第1差動(dòng)晶體管的柵極電極連接在接受 所述第1輸入電壓的第1輸入節(jié)點(diǎn)和接受用于使具有所述第1極性的晶體 管處于截止?fàn)顟B(tài)的第1截止電壓的第1截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上；和第2切換部，分別將所述多個(gè)第2差動(dòng)晶體管的柵極電極連接在接受 所述第2輸入電壓的第2輸入節(jié)點(diǎn)和所述第1截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上，所述電流調(diào)整部包括多個(gè)電流源晶體管，分別具有所述第l極性；和第3切換部，分別將所述多個(gè)電流源晶體管的柵極電極連接在接受用 于使具有所述第1極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第1偏置電壓的第1偏置 節(jié)點(diǎn)和所述第1截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上，所述有源負(fù)載部包括多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管，分別具有相對于所述第1極性為相反極 性的第2極性；和第4切換部，分別將所述多個(gè)第1和第2負(fù)載晶體管的柵極電極連接在接受用于使具有所述第2極性的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的第2偏置電壓的 第2偏置節(jié)點(diǎn)和接受用于使具有所述第2極性的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的第 2截止電壓的第2截止電壓節(jié)點(diǎn)的任一個(gè)上。
11、 一種管線型AD轉(zhuǎn)換器，具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級，該多個(gè)轉(zhuǎn)換級包括權(quán) 利要求IO所述的運(yùn)算放大器，該管線型AD轉(zhuǎn)換器的特征在于，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級接受的輸入差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值； 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間差 動(dòng)電壓；和電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣的電容部和所述運(yùn) 算放大器，該運(yùn)算放大器放大由所述電容部采樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所 述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓，分別包含在所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級的運(yùn)算放大器具有與其它運(yùn)算放大器相 同的結(jié)構(gòu)。
12、 一種管線型AD轉(zhuǎn)換器，具備多個(gè)轉(zhuǎn)換級，其特征在于， 所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將來自前一級的輸入差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值； 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路得到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為中間差 動(dòng)電壓；和電荷運(yùn)算電路，具有對所述輸入差動(dòng)電壓進(jìn)行采樣的電容部和差動(dòng)放 大部，該差動(dòng)放大部放大由所述電容部釆樣的輸入差動(dòng)電壓與基于所述數(shù) 模轉(zhuǎn)換電路得到的中間差動(dòng)電壓之間的混合差動(dòng)電壓，所述差動(dòng)放大部包括具有相同的結(jié)構(gòu)的多個(gè)運(yùn)算放大器。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的管線型AD轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述多個(gè)轉(zhuǎn)換級分別還包括輸入切換電路，分別將所述多個(gè)運(yùn)算放大器的輸入端子對連接在接受 用于使該運(yùn)算放大器處于截止?fàn)顟B(tài)的截止電壓的截止電壓節(jié)點(diǎn)和所述電 容部的任一個(gè)上；和輸出切換電路，分別切換所述多個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端子對與用于輸 出該轉(zhuǎn)換級的輸出電壓的輸出節(jié)點(diǎn)對的連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種運(yùn)算放大器及管線型AD轉(zhuǎn)換器。差動(dòng)電壓布線(W101a)將差動(dòng)晶體管(T101a、T101a、…)之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受輸入電壓(Vinn)的輸入節(jié)點(diǎn)上，差動(dòng)電壓布線(W101b)將差動(dòng)晶體管(T101b、T101b、…)之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受輸入電壓(Vinp)的輸入節(jié)點(diǎn)上。偏置電壓布線(W102)將電流源晶體管(T102、T102、…)之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受偏置電壓(WBN)的偏置節(jié)點(diǎn)上，偏置電壓布線(W103)將負(fù)載晶體管(T103a、T103a、…、T103b、T103b…)之中使用的晶體管的柵極電極電連接在接受偏置電壓(VBP)的偏置節(jié)點(diǎn)上。
文檔編號H03F3/45GK101669282SQ20088001277
公開日2010年3月10日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者岡浩二, 野間崎大輔 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社