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公開番号2025028771
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-03
出願番号2024134009
出願日2024-08-09
発明の名称レール・ツー・レールnMOS増幅器
出願人ルネサスデザイン (ユーケー) リミテッド,Renesas Design (UK) Limited
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H03F 1/32 20060101AFI20250221BHJP(基本電子回路)
要約【課題】完全/大きなレール・ツー・レール範囲内で高い線形性を有するレール・ツー・レール増幅器アセンブリを提供する。
【解決手段】増幅器アセンブリ10は、第1の入力レベル範囲のための第1の信号入力ノード12に接続された第1の入力回路20と、第2の入力レベル範囲のための第2の信号入力ノード14に接続された第2の入力回路30と、第1の入力回路、第2の入力回路及び増幅器アセンブリの出力ノード16に結合された負荷回路と、を含む。ここで、第1の入力回路は、第1の補助制御トランジスタ要素26と、第1の制御トランジスタ要素24と、を含む。第1の信号入力ノードは、第1の制御トランジスタ要素の制御端子および第1の補助制御トランジスタ要素の制御端子に結合される。第1の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、第1の補助制御トランジスタ要素を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
レール・ツー・レール増幅器として使用するのに適した増幅器アセンブリであって、
第１の入力レベル範囲のための第１の信号入力ノードに接続された第１の入力回路と、
第２の入力レベル範囲のための第２の信号入力ノードに接続された第２の入力回路と、
前記第１の入力回路、前記第２の入力回路、および前記増幅器アセンブリの出力ノードに結合された負荷回路と、
を含み、
前記第１の入力回路は、第１の補助制御トランジスタ要素と、第１の制御トランジスタ要素と、を含み、
前記第１の信号入力ノードは、前記第１の制御トランジスタ要素の制御端子および前記第１の補助制御トランジスタ要素の制御端子に結合され、
前記第１の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、前記第１の補助制御トランジスタ要素を含む、
増幅器アセンブリ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１の入力回路は、第１のクランプ回路を含み、
前記第１の制御トランジスタ要素に並列に接続された前記経路は、直列に接続された前記第１のクランプ回路を含む、
請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項３】
前記第１のクランプ回路は、第１のクランプトランジスタ要素を含み、前記第１のクランプトランジスタ要素の制御端子は、バイアス入力ノードにおける電気量によって制御される、請求項２に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項４】
前記第２の入力回路は、第２の補助制御トランジスタ要素と、第２の制御トランジスタ要素と、を含み、
前記第２の信号入力ノードは、前記第２の制御トランジスタ要素の制御端子および前記第２の補助制御トランジスタ要素の制御端子に結合され、
前記第２の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、前記第２の補助制御トランジスタ要素を含む、
請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項５】
前記第２の入力回路は、第２のクランプ回路を含み、
前記第２の制御トランジスタ要素に並列に接続された前記経路は、直列に接続された前記第２のクランプ回路を含む、
請求項４に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項６】
前記第２のクランプ回路は、第２のクランプトランジスタ要素を含み、前記第２のクランプトランジスタ要素の制御端子は、バイアス入力ノードにおける電気量によって制御される、請求項５に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項７】
前記第１のクランプトランジスタ要素、前記第１の補助制御トランジスタ要素、前記第１の制御トランジスタ要素、前記第２のクランプトランジスタ要素、前記第２の補助制御トランジスタ要素、および／または前記第２の制御トランジスタ要素は、ｎＭＯＳトランジスタ要素であり、且つ／または
前記第１の入力回路および／または前記第２の入力回路のすべてのトランジスタ要素は、ｎＭＯＳトランジスタ要素である、
請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項８】
前記第１のクランプトランジスタ要素、前記第１の補助制御トランジスタ要素、前記第２のクランプトランジスタ要素、および／または前記第２の補助制御トランジスタ要素は、ネイティブＭＯＳトランジスタ要素であり、且つ／または
前記第１の制御トランジスタ要素および／または前記第２の制御トランジスタ要素は、標準ＭＯＳトランジスタ要素である、
請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項９】
前記負荷回路は、前記第１の入力回路の出力電気量および前記第２の入力回路の出力電気量に基づいて前記増幅器アセンブリの出力を制御するための出力トランジスタ要素を含む、請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
【請求項１０】
前記負荷回路は、出力トランジスタ要素を含み、前記第１の入力回路および前記第２の入力回路は、前記出力トランジスタ要素の制御端子における電気量に影響を与える、請求項１に記載の増幅器アセンブリ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号バッファに関する。信号バッファは、アナログフロントエンドに広く採用されている。ここでは、入力信号は、信号バッファを介してアナログフロントエンドに供給される。広範囲の入力信号電圧を扱うために、信号バッファは、通常、レール・ツー・レールで動作することが要求されている。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ＰｈｉｌｌｉｐＥ．Ａｌｌｅｎ，ＤｏｕｇｌａｓＲ．Ｈｏｌｂｅｒｇらによる「ＣＭＯＳＡｎａｌｏｇＣｉｒｃｕｉｔＤｅｓｉｇｎ」（ＯｘｆｏｒｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０１１年）では、単一のｐＭＯＳ、単一のｎＭＯＳ、およびｎＭＯＳとｐＭＯＳトランジスタを組み合わせた信号バッファの例が入力段として使用されている。しかしながら、入力段としてのｐＭＯＳまたはｎＭＯＳトランジスタは、電圧範囲が限られているため、必ずしもシステム要件を満たしていない。その一方で、ｐＭＯＳとｎＭＯＳの組み合わせは、レール・ツー・レールの入力段トポロジーに適していることがよく知られている。しかしながら、このセットアップでは定トランスコンダクタンスｇｍ回路と負荷段としての折り畳みカスケードが必要なため、定トランスコンダクタンスｇｍと折り畳みカスケード段の両方を使用すると、信号の静止電流Ｉｑと実装面積が増大する。また、回路全体の構造が複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した問題に対処するために、レール・ツー・レール動作、低電力動作、および最小ダイ面積を実現する増幅器アセンブリが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した問題を解決するために、本開示は、レール・ツー・レール増幅器として使用するのに適した増幅器アセンブリを提供する。
【０００５】
増幅器アセンブリは、第１の信号入力ノードに接続された第１の入力回路と、第２の信号入力ノードに接続された第２の入力回路と、第１の入力回路、第２の入力回路、および増幅器アセンブリの出力ノードに結合された負荷回路と、を含む。第１の入力回路は、第１の補助制御トランジスタ要素と、第１の制御トランジスタ要素と、を含み、第１の信号入力ノードは、第１の制御トランジスタ要素の制御端子および第１の補助制御トランジスタ要素の制御端子に結合される。第１の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、第１の補助制御トランジスタ要素を含む。第１の信号入力ノードにより、第１の入力信号が増幅器アセンブリに供給されてもよい。第２の信号入力ノードにより、第２の入力信号が供給されてもよい。第１の信号入力ノードにおいて、第１の入力レベル範囲を有する信号が供給されてもよい。第２の信号入力ノードにおいて、第２の入力レベル範囲を有する信号が供給されてもよい。一部の実施形態において、第１の入力レベル範囲および第２の入力レベル範囲は、同一であってもよく、重なっていてもよく、部分的に異なっていてもよく、完全に異なっていてもよい。
【０００６】
「並列に接続」とういう表現は、回路接続の種類を指定する場合がある。一部の実施形態において、「並列に接続」という表現は、レイアウトの順序を指定しない場合がある。
【０００７】
増幅器アセンブリのこの構成により、特に第１の入力ノードにおける低入力電圧に対して、第１の補助制御トランジスタ要素による増幅器アセンブリの線形性が高くなる。その結果、小さなダイ面積を有する、低電力動作の増幅器アセンブリが提供される。さらに、第１の補助制御トランジスタ要素による線形補償により、入力電圧オフセットが低減される可能性がある。このように、小さな入力電圧であっても、小さな実装面積で良好な精度を達成することができる。また、小さな面積における小さな入力オフセット電圧は、複雑な回路を必要とせず、レール・ツー・レール入力電圧範囲を増大させるためのコスト削減にも貢献する。
【０００８】
一部の実施形態において、第１の入力回路は、第１のクランプ回路を含んでもよい。ここで、第１の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、直列に接続された第１のクランプ回路を含んでもよい。第１のクランプ回路によって、第１の補助制御トランジスタ要素の動作点が画定されてもよい。このように、第１の信号入力ノードでの高入力電圧における第１の制御トランジスタの動作に対する第１の補助制御トランジスタ要素の悪影響を回避することができる。要約すると、完全／大きなレール・ツー・レール範囲内で高い線形性を有するレール・ツー・レール増幅器アセンブリを提供することができる。
【０００９】
一部の実施形態において、第１のクランプ回路は、第１のクランプトランジスタ要素を含んでもよい。ここで、第１のクランプトランジスタ要素の制御端子は、バイアス入力ノードにおける電気量によって制御される。このように、第１の補助制御トランジスタ要素にかかるバイアスは、非常に柔軟で正確であるように適応されてもよい。そのため、伝達関数の精度を向上させることができる。さらに、第１の補助制御トランジスタ要素および第１の制御トランジスタ要素の不一致、ならびにその他の不一致を、少ない労力で効率よく調整することができる。
【００１０】
一部の実施形態において、第２の入力回路は、第２の補助制御トランジスタ要素と、第２の制御トランジスタ要素と、を含んでもよい。ここで、第２の信号入力ノードは、第２の制御トランジスタ要素の制御端子および第２の補助制御トランジスタ要素の制御端子に結合されてもよい。第２の制御トランジスタ要素に並列に接続された経路は、第２の補助制御トランジスタ要素を含んでもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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