(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非反転入力端子および反転入力端子を有する差動増幅部と、
該差動増幅部の出力信号を入力して負荷を駆動する出力部と、
前記非反転入力端子又は前記反転入力端子の電圧が変化するときこれを検知して正帰還動作により前記差動増幅部の動作電流を増大させ負帰還動作により前記動作電流を元に戻すことにより前記動作電流を一時的に増大させる適応バイアス発生部と、
前記適応バイアス発生部により前記差動増幅部の前記動作電流を一時的に増大させるときに前記動作電流に対応した電流を一時的に発生する電流源部を設け、
該電流源部で発生した前記電流を前記差動増幅部の非反転出力部又は反転出力部に一時的に供給するようにしたことを特徴とする差動増幅器。
【請求項２】
前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して高レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の高レベル方向への変化を緩慢にすることを特徴とする請求項１に記載の差動増幅器。
【請求項３】
前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して高レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記非反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の高レベル方向への変化を高速化することを特徴とする請求項１に記載の差動増幅器。
【請求項４】
前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して低レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の低レベル方向への変化を高速化することを特徴とする請求項１に記載の差動増幅器。
【請求項５】
前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して低レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記非反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の低レベル方向への変化を緩慢にすることを特徴とする請求項１に記載の差動増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差動増幅器の出力オフセット電圧を制御する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置を駆動する駆動回路として使用される差動増幅器では、本来の電圧よりも高い電圧或いは低い電圧を液晶素子に印加することにより、その液晶素子の表示内容に所望の特性を持たせることが行われる。この場合、差動増幅器では、積極的に出力電圧にオフセットを持たせている。例えば、本来の電圧より高い電圧を与える場合には正側にオフセットを持たせ、低い電圧を与える場合には負側にオフセットをもたせることが行われる。
【０００３】
図９はこのような目的のために、積極的にオフセットを施した従来の差動増幅器を示す回路図である。この差動増幅器は、差動接続されたＮＭＯＳトランジスタＭＮ１，ＭＮ２、カレントミラー接続され能動負荷として働くＰＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２および電流源Ａ１からなる差動増幅部１０’と、出力トランジスタとしてのＰＭＯＳトランジスタＭＰ３、電流源Ａ４、位相補償用キャパシタＣ１からなる出力部２０’より構成されている。
【０００４】
この差動増幅器は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を調整する（製造時にトリミングする）ことにより出力電圧の正側（（VDD−VSS)/2より高い側）或いは負側（（VDD−VSS)/2より低い側）に出力オフセット電圧を積極的に与えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この差動増幅器では、入力電圧の変化に出力電圧が高速で応答できるように、差動増幅部１０’の動作電流が入力電圧の変化に応じて適応的に制御される適応バイアス方式に適用したとき、動作電流が大きく変化するために、抵抗Ｒ１，Ｒ２の電圧降下分が一定とならず、一定の適正なオフセット電圧を与えることが困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、適応バイアス方式に適用しても所望の出力オフセット電圧を容易に持たせることができるようにした差動増幅器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、非反転入力端子および反転入力端子を有する差動増幅部と、該差動増幅部の出力信号を入力して負荷を駆動する出力部と、前記非反転入力端子又は前記反転入力端子の電圧が変化するときこれを検知して正帰還動作により前記差動増幅部の動作電流を増大させ負帰還動作により前記動作電流を元に戻すことにより前記動作電流を一時的に増大させる適応バイアス発生部と、前記適応バイアス発生部により前記差動増幅部の前記動作電流を一時的に増大させるときに前記動作電流に対応した電流を一時的に発生する電流源部を設け、該電流源部で発生した前記電流を前記差動増幅部の非反転出力部又は反転出力部に一時的に供給するようにしたことを特徴とする差動増幅器とした。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して高レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の高レベル方向への変化を緩慢にすることを特徴とする差動増幅器とした。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して高レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記非反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の高レベル方向への変化を高速化することを特徴とする差動増幅器とした。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して低レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の低レベル方向への変化を高速化することを特徴とする差動増幅器とした。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記非反転入力端子の電圧が前記反転入力端子の電圧に対して低レベル方向に変化するとき、前記電流源部により前記非反転出力部の電圧を低レベル方向に制御して、出力電圧の低レベル方向への変化を緩慢にすることを特徴とする差動増幅器とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［本発明の原理］
本発明では、図１に示すように、差動増幅部１０と、その差動増幅部１０の出力信号を入力して負荷を駆動する出力部２０と、その差動増幅部１０のバイアス（動作電流）を入力電圧変化時に一時的に増大させて動作を高速化する適応バイアス発生部３０とを有する差動増幅器において、適応バイアス発生部３０で発生するバイアス（動作電流）に対応した電流を発生する電流源部４０を設け、この電流源部４０で発生した電流を差動増幅部１０の非反転出力部又は反転出力部に供給して、所望の出力オフセット電圧を与えるようにする。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図２は本発明の第１の実施の形態の差動増幅器のブロック図である。これは、差動増幅部１０において、非反転入力電圧が反転入力電圧に比べて相対的に低レベル方向に変化するとき、その変化の程度を増進させ又は抑制させる出力オフセット電圧を持たせた場合の例である。
【００１４】
適応バイアス発生部３０Ａは、差動増幅部１０の非反転入力端子１１の入力電圧が低レベル方向に変化したとき、つまりトランジスタＭＮ２のドレイン（非反転出力部）の電圧が高くなり、これに基づく電流Ｉａ１（この電流Ｉａ１は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が流れ込むので、その大きさに対応して差動増幅部１０に新たに設けた電流源Ａ２の電流を増大する方向に制御する。この結果、差動増幅部１０において、入力電圧の低レベル方向への変化に対する回路動作が高速化する。すなわち、トランジスタＭＮ２のドレイン電圧上昇に対してその上昇をさらに押し進める正帰還動作が行われる。なお、この正帰還動作が短時間に終結するよう適応バイアス発生部３０内では負帰還動作（詳しくは後記する）が行われる。以上は、反転入力端子１２の入力電圧が高レベル方向に動作したきも同様である。ただし、非反転入力端子１１の入力電圧が高レベル方向に変化したとき、又は反転入力端子１２の入力電圧が低レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＮ２のドレイン電圧が低くなる方向に変化するので、電流源Ａ２の電流は減少し、適応バイアスの効果はない。
【００１５】
以上のようにして、非反転入力電圧が低レベル方向に変化するときは、適応バイアス発生部３０Ａによって電流源部４０Ａにも対応した制御信号が出力され、この電流源部４０Ａから前記電流Ｉａ１に応じた吸込み電流Ｉｂ１を発生し、差動増幅部１０のトランジスタＭＮ１のドレイン（反転出力部）側から吸い込む。
【００１６】
従って、出力端子２１と反転入力端子１２を接続してボルテージフォロワとしたとき、電流Ｉａ１とＩｂ１との関係を適宜設定することによって、出力端子２１の出力電圧にオフセットを与えることができる。すなわち、非反転入力端子１１の入力電圧の低レベル変化に応じて出力電圧が低レベルに変化する程度（時間的変化）が大きくなるオフセットとなり、応答性が高速化される。
【００１７】
［第２の実施の形態］
図３は本発明の第２の実施の形態の差動増幅器のブロック図である。これは、非反転入力端子１１の入力電圧が低レベル方向に変化したとき、図２の場合と逆に、電流源部４０Ａが差動増幅部１０のトランジスタＭＮ２のドレイン（反転出力部）から電流Ｉｂ１を吸い込むようにした例である。
【００１８】
従って、出力端子２１と反転入力端子１２を接続してボルテージフォロワとしたとき、電流Ｉａ１とＩｂ１の関係を適宜設定することによって、出力電圧に前記とは異なった出力オフセット電圧を与えることができる。このときは、非反転入力端子１１の入力電圧の低レベル変化に応じて出力電圧が低レベルに変化する程度が小さくなる出力オフセット電圧となり、応答性が緩慢となる。
【００１９】
［第３の実施の形態］
図４(a)は本発明の第３の実施の形態の差動増幅器のブロック図である。ここでは、差動増幅部１０として、反転入力側トランジスタＭＮ１１のドレイン側に抵抗Ｒ１１を介してカレントミラー接続のトランジスタＭＰ１１，ＭＰ１２を、また非反転入力側トランジスタＭＮ１２のドレイン側に抵抗Ｒ１２を介してカレントミラー接続のトランジスタＭＰ１３，ＭＰ１４を各々接続し、トランジスタＭＰ１２のドレインをトランジスタＭＰ１３のドレインに接続し、トランジスタＭＰ１４のドレインをトランジスタＭＰ１１のドレインに接続している。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２については後記する。そして、トランジスタＭＮ１２のドレイン電圧の増大（電流Ｉａ１の増大）を検出して電流源Ａ２の電流を増大させる適応バイアス発生部３０Ａ、トランジスタＭＮ１１のドレイン電圧の増大（Ｉａ２の増大）を検出して電流源Ａ３の電流を増大させる適応バイアス発生部３０Ｂを設ける。さらに電流Ｉａ１が流入して適応バイアス発生部３０Ａが動作するとき吸込み電流Ｉｂ１を発生させる電流源部４０Ａを設け、電流Ｉａ２が流入して応バイアス発生部３０Ｂが動作するとき吸込み電流Ｉｂ２を発生させる電流源部４０Ｂを設けている。各電流源部４０Ａ，４０Ｂの出力端子である吸込み電流端子は、差動増幅部１０のトランジスタＭＮ１１の抵抗Ｒ１１とＭＰ１１の共通接続点（反転出力部）に接続されている。
【００２０】
この差動増幅器では、ボルテージフォロワに接続した状態において、非反転入力端子１１の電圧が相対的に低レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が高くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が低くなるので、トランジスタＭＰ１２のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１３のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ１（この電流Ｉａ１は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ａに流れ込み、その適応バイアス発生部３０Ａによって電流源Ａ２の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＡによってトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ１が吸い出される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧がさらに高くなる。よって、出力端子２１の電圧がより強く低レベル方向に制御される。すなわち、非反転入力端子１１の前記入力電圧が低レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が低レベル方向に変化する動作が、更に強調される。
【００２１】
一方、上記と逆に、非反転入力端子１１の電圧が相対的に高レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が低くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が高くなるので、トランジスタＭＰ１４のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１１のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ２（この電流Ｉａ２は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ｂに流れ込み、この適応バイアス発生部３０Ｂによって電流源Ａ３の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＢによってトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ２が吸い出され、そのドレイン電圧が低レベル方向に制御される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧の低レベル方向への変化が緩慢になり、出力端子２１では電圧の高レベル方向への変化が緩慢になる。すなわち、非反転入力端子１１の入力電圧が高レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が高レベル方向に変化する動作が、抑制される。
【００２２】
図４(b)は図４(a)の差動増幅器の負荷特性を示す図である。これは、反転入力端子１１と出力端子２１を接続してボルテージフォロワとし、且つ非反転入力端子１１に５Ｖの一定電圧を印加し、出力端子２１に容量性負荷を接続して、その容量性負荷の充電電圧が５Ｖより高い容量に変化した場合（左側）と５Ｖより低い容量に変化した場合（右側）の特性を示す図である。横軸の正側の負荷電流は出力端子２１から電流を吐き出す場合、負側の負荷電流は出力端子２１から電流を吸い込む場合である。
【００２３】
安定状態では出力端子２１の電圧は、非反転入力端子１１の電圧と同じ電圧の５Ｖとなっている。合計容量負荷が５Ｖより高い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が高レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吸い込まれるが、このときは電流源部４０ＡによりトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ１が引き抜かれるので、そのドレイン電圧がより低くなり、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧はより高くなり、出力端子２１からの吸込み電流がより増大し、出力端子２１の電圧は早急に５Ｖに落ち着く（左側の特性）。
【００２４】
一方、合計容量負荷が５Ｖより低い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が低レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吐き出されるが、このときは電流源部４０ＢによりトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ２が引き抜かれるので、そのドレイン電圧が低くなり、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧の低レベル方向への変化が制御され、出力端子２１からの吐出電流が減少し、出力端子２１の電圧が５Ｖに落ち着く動作が抑制され緩慢となる（右側の特性）。
【００２５】
この結果、図４の(b)の特性では、出力電圧（非反転入力電圧と等価）が多少変動しても負荷電流が流れない不感帯が右側の特性で大きくなり、非反転入力端子１１に印加している５Ｖの一定電圧にノイズが重畳しても、あるいは多少負荷が変動しても、現在の状態が維持される。
【００２６】
以上から、この実施形態では、負荷電流吐出側で大きな出力オフセット電圧を、吸込み側で小さな出力オフセット電圧を与えることができ、吸込み側の動作速度を高速化できる。これに対して、電流源部４０Ａ，４０Ｂを使用しない場合の破線の特性では、吐出側、吸込み側で同じ負荷特性となっている。
【００２７】
［第４の実施の形態］
図５(a)は第４の実施の形態の差動増幅器のブロック図である。差動増幅部１０、出力部２０、適応バイアス発生部３０Ａ，３０Ｂ、電流源部４０Ａ，４０Ｂは図４(a)の差動増幅器と同じであるが、各電流源部４０Ａ，４０Ｂの出力端子である吸込み電流端子は、差動増幅部１０のトランジスタＭＰ１３のドレイン（非反転出力部）側に接続されている。
【００２８】
この差動増幅器では、ボルテージフォロワに接続した状態において、非反転入力端子１１の電圧が相対的に低レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が高くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が低くなるので、トランジスタＭＰ１２のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１３のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ１（この電流Ｉａ１は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ａに流れ込み、その適応バイアス発生部３０Ａによって電流源Ａ２の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＡによってトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ１が吸い出される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧が低い方向に制御される。このため、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧の高レベル方向への変化が緩慢になり、出力端子２１では電圧の低レベル方向への変化が緩慢になる。すなわち、非反転入力端子１１の入力電圧が低レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が低レベル方向に変化する動作が、抑制される。
【００２９】
一方、上記と逆に、非反転入力端子１１の電圧が相対的に高レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が低くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が高くなるので、トランジスタＭＰ１４のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１１のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ２（この電流Ｉａ２は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ｂに流れ込み、この適応バイアス発生部３０Ｂによって電流源Ａ３の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＢによってトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ２が吸い出され、そのドレイン電圧がより強く低レベル方向に制御される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧の低レベル方向への変化がより強くなり、出力端子２１では電圧の高レベル方向への変化が高速化される。すなわち、非反転入力端子１１の前記入力電圧が高レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が高レベル方向に変化する動作が、更に強調される。
【００３０】
図５(b)は図５(a)の差動増幅器の負荷特性を示す図である。接続条件は図４(b)の場合と同じである。合計容量負荷が５Ｖより高い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が高レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吸い込まれるが、このときは電流源部４０ＡによりトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ１が引き抜かれるので、そのドレイン電圧が低くなり、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧は低くなり、出力端子２１からの吸込み電流が減少し、出力端子２１の電圧が５Ｖに落ち着く動作が抑制され緩慢となる（左側の特性）。
【００３１】
一方、合計容量負荷が５Ｖより低い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が低レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吐き出されるが、このときは電流源部４０ＢによりトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ２が引き抜かれるので、そのトランジスタＭＰ１３のドレイン電圧は低レベル方向に制御され、出力端子２１からの吐出電流が増大し、出力端子２１の電圧が急速に５Ｖに落ち着く（右側の特性）。
【００３２】
この結果、図５の(b)の特性では、出力電圧（非反転入力電圧と等価）が多少変動しても負荷電流が流れない不感帯が左側の特性で大きくなり、非反転入力端子１１に印加している５Ｖの一定電圧にノイズが重畳しても、あるいは多少負荷が変動しても、現在の状態が維持される。以上から、この実施形態では、負荷電流吸込み側で大きな出力オフセット電圧を、吐出し側で小さな出力オフセット電圧を与えることができ、吐出し吸込み側の動作速度を高速化できる。
【００３３】
［第５の実施の形態］
図６(a)は第５の実施の形態の差動増幅器のブロック図である。差動増幅部１０、出力部２０、適応バイアス発生部３０Ａ，３０Ｂ、電流源部４０Ａ，４０Ｂは図４(a)、図５(a)の差動増幅器と同じであるが、電流源部４０Ａの出力端子である吸込み電流端子は差動増幅部１０のトランジスタＭＰ１１のドレイン側に接続され、電流源部４０Ｂの出力端子である吸込み電流端子は差動増幅部１０のトランジスタＭＰ１３のドレイン側に接続されている。
【００３４】
この差動増幅器では、ボルテージフォロワに接続した状態において、非反転入力端子１１の電圧が相対的に低レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が高くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が低くなるので、トランジスタＭＰ１２のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１３のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ１（この電流Ｉａ１は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ａに流れ込み、その適応バイアス発生部３０Ａによって電流源Ａ２の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＡによってトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ１が吸い出される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧がさらに高くなる。よって、出力端子２１の電圧がより強く低レベル方向に制御される。すなわち、非反転入力端子１１の前記入力電圧が低レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が低レベル方向に変化する動作が、更に強調される。
【００３５】
一方、上記と逆に、非反転入力端子１１の電圧が相対的に高レベル方向に変化したときは、トランジスタＭＰ１３のドレイン電圧が低くなり、トランジスタＭＰ１１のドレイン電圧が高くなるので、トランジスタＭＰ１４のドレイン電流増大によりトランジスタＭＰ１１のドレイン電圧がより高くなる。このため、電流Ｉａ２（この電流Ｉａ２は差動増幅部１０がバランス状態にあるときは流れない。）が適応バイアス発生部３０Ｂに流れ込み、この適応バイアス発生部３０Ｂによって電流源Ａ３の電流が増大し高速動作が行われると共に、電流源部４０ＢによってトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ２が吸い出され、そのドレイン電圧がより強く低レベル方向に制御される。よって、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧の低レベル方向への変化がより強くなり、出力端子２１では電圧の高レベル方向への変化が高速化される。すなわち、非反転入力端子１１の前記入力電圧が高レベル方向に変化したことによって出力端子２１の電圧が高レベル方向に変化する動作が、更に強調される。
【００３６】
図６(b)は図６(a)の差動増幅器の負荷特性を示す図である。接続条件は前記した場合と同じである。合計容量負荷が５Ｖより高い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が高レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吸い込まれるが、このときは電流源部４０ＡによりトランジスタＭＰ１１のドレインから電流Ｉｂ１が引き抜かれるので、そのドレイン電圧がより低くなり、トランジスタＭＰ１２のドレイン電圧はより高くなり、出力端子２１からの吸込み電流がより増大し、出力端子２１の電圧は早急に５Ｖに落ち着く（左側の特性）。
【００３７】
一方、合計容量負荷が５Ｖより低い充電容量の負荷に変化したときは、反転入力端子１２の電圧が低レベル側に変化するので、出力端子２１では電圧が５Ｖに落ち着くまで電流が吐き出されるが、このときは電流源部４０ＢによりトランジスタＭＰ１３のドレインから電流Ｉｂ２が引き抜かれるので、そのトランジスタＭＰ１３のドレイン電圧は低レベル方向に制御され、出力端子２１からの吐出電流が増大し、出力端子２１の電圧が急速に５Ｖに落ち着く（右側の特性）。
【００３８】
この結果、図６の(b)の特性では、出力電圧（非反転入力電圧と等価）が多少変動しても負荷電流が流れない不感帯が左側および右側で小さくなる。以上から、この実施形態では、負荷電流吸込み側および吐出し側の両方で小さな出力オフセット電圧を与えることができ、吸込みおよび吐出しの両側の動作速度を高速化できる。
【００３９】
［実施例］
図７は図６(a)に示した差動増幅器の具体的な実施例の回路図である。図７において、ＭＰ１１〜ＭＰ２６はＰＭＯＳトランジスタ、ＭＮ１１〜ＭＮ２８はＮＭＯＳトランジスタである。Ｃ１１は位相補償用キャパシタ、Ｃ１２，Ｃ１３は発振防止用キャパシタ、Ｒ１１〜Ｒ１４は抵抗である。ＭＮ１６，ＭＮ１９，ＭＮ１３，ＭＮ２０，ＭＮ２３，ＭＮ２５のゲートには固定のバイアス電圧ＶＢ１１が印加している。
【００４０】
なお、ＭＮ１３は電流源Ａ１として働き、ＭＮ１５はＭＮ２１とカレントミラー接続され電流源Ａ２として働き、ＭＮ１４はＭＮ１８とカレントミラー接続され電流源Ａ３として働き、ＭＮ２７はＭＮ２１とカレントミラー接続され電流源部４０Ａとして働き、ＭＮ２８はＭＮ１８とカレントミラー接続され電流源部４０Ｂとして働く。ＭＮ２１とＭＮ２７のサイズ比、ＭＮ１８とＭＮ２８のサイズ比を適宜設定することで、オフセット量の調整ができる。
【００４１】
差動増幅部１０において、抵抗Ｒ１２は出力部２０に送り出す電圧を取り出すための負荷抵抗として機能する。これによって、ＭＰ１３のドレイン電圧はＶＤＤ−Ｖth（ＭＰ１３）から大きく変動しなくても、抵抗Ｒ１２の電流の変動に応じてその抵抗Ｒ１２に大きな振幅の電圧を得ることができる。Ｒ１１はＲ１２とのバランス用である。
【００４２】
この差動増幅部１０では平衡状態にあるときは、ＭＮ１１，ＭＮ１２に同じドレイン電流が流れているが、その平衡が崩れて、例えばＭＮ１１のドレイン電流が増大したときは、ＭＰ１１、ＭＰ１２からなるカレントミラー回路のＭＰ１１に流れる電流に対応した電流がＭＰ１２にＭＰ１１，ＭＰ１２のサイズ比に応じて流れ、この電流は抵抗Ｒ１２やＭＮ１２側には流れず、適応バイアス発生部３０ＡにＩａ１として注入される。
【００４３】
逆に、ＭＮ１２のドレイン電流が増大したときは、ＭＰ１３、ＭＰ１４からなるカレントミラー回路のＭＰ１３に流れる電流に対応した電流がＭＰ１４にＭＰ１３，ＭＰ１４のサイズ比に応じて流れるが、この電流は抵抗Ｒ１１やＭＮ１１には流れず、適応バイアス発生部３０Ｂに電流Ｉａ２として注入される。また、このときは、Ｒ１２に大きな電流が流れるので、前記したように、ＭＰ１３のドレイン電圧が大きく変動しないのにもかかわらず、そのＲ１２とＭＮ１２の共通接続点の電圧が大きく低下し出力部２０のＭＰ２３を大きく駆動する。
【００４４】
適応バイアス発生部３０Ａにおいて、ＭＰ１９とＭＰ２０，ＭＮ２１とＭＮ２２，ＭＰ２１とＭＰ２２はそれぞれカレントミラー回路を構成し、ＭＰ１９のソースに差動増幅部１０から電流Ｉａ１が注入されると、Ｒ１４を経由しＭＮ２１に流れる。ＭＮ２１のゲートにはキャパシタＣ１３（例えば、0.1 pＦ）が接続されているので、ＭＮ２１に流れる電流は若干遅延する。また、このＭＮ２１は電流源Ａ２としてのＭＮ１５および電流源部４０ＡとしてのＭＮ２７とカレントミラー接続されているので、それらのサイズ比に応じてＭＮ１５、ＭＮ２７に電流を流す。これにより、ＭＮ１５によって差動増幅部１０は動作電流を増大させるので正帰還がかかる。またＭＮ２７によってＭＰ１１のドレイン電圧が低レベルに引き下げられる。
【００４５】
また、この適応バイアス発生部３０Ａでは、サイズ比を、例えばＭＮ２１：ＭＮ２２＝４：１、ＭＰ１９：ＭＰ２０＝１：１、ＭＰ２１：ＭＰ２２＝１：１０に設定した場合は、差動増幅部１０からＭＰ１９のソースに電流Ｉａ１が注入されると、ＭＰ１９−Ｒ１４−ＭＮ２１−ＭＮ２２−ＭＰ２０−ＭＰ２２の経路でＭＰ２１に1/40の係数の負帰還がかかり、その流入電流を減らすよう動作するので、平衡状態においてはごく少量の電流しか流れない。
【００４６】
このように、適応バイアス発生部３０Ａは差動増幅部１０のＭＮ１１のドレイン電流の増大変化を検出してその差動増幅部１０の動作電流が増大するよう正帰還をかけているが、その正帰還の開始はキャパシタＣ１３により若干遅れ、しかもその適応バイアス発生部３０Ａ自体は負帰還動作するので正帰還動作は直ちに集結し、正帰還量を決めるＭＮ２１とＭＮ１５のサイズ比を１０程度に設定しても安定に動作する。
【００４７】
なお、他方の適応バイアス発生部３０Ｂは差動増幅部１０のＭＮ１２のドレイン電流が増大変化した場合に、電流Ｉａ２をＭＰ１６のソースに注入されて電流源Ａ３としてのＭＮ１４のドレイン電流を増大させる正帰還動作を行う。またＭＮ２８によってＭＰ１３のドレイン電圧が低レベルに引き下げられる。この適応バイアス発生部３０Ａは、前記した適応バイアス発生部３０Ｂとは動作が相補的になる。
【００４８】
出力部２０において、ＭＰ２３は差動増幅部１０のＭＮ１２のドレイン電圧により駆動されるが、そのドレイン電圧は前記したようにそのドレイン電流をＲ１２により電圧変換して大きな電圧振幅として得られるようにしているので、充分な駆動力を発揮することができる。ＭＰ２４，ＭＮ２６は抵抗素子でありキャパシタＣ１１と共に位相補償用として働く。ＭＮ２４は適応バイアス発生部３０ＡのＲ１４とＭＰ１９との共通接続点の電圧によって駆動される。このＭＮ２４は前記した差動増幅部１０のＲ１２と同様の動作を行う。つまり、適応バイアス発生部３０ＢのＭＮ１９のドレインがＶＳＳ＋Ｖth（ＭＮ２１）で決まる電圧から大きく変化しないにもかかわらず、Ｒ１４によりそのドレイン電流の変化を大きな電圧振幅に変換している。よって、適応バイアス発生部３０Ａに電流Ｉａ１が注入されたとき、ＭＮ２４は充分な駆動力を発揮してＭＮ２５の動作を補佐する動作を行う。
【００４９】
なお、図７とは逆の極性のトランジスタを使用しても同様に差動増幅器を構成することができる。図８はその差動増幅器の回路図である。ＭＰ３１〜ＭＰ４８はＰＭＯＳトランジスタ、ＭＮ３１〜４４はＮＭＯＳトランジスタである。Ｃ３１は位相補償用キャパシタ、Ｃ３２，Ｃ３３は発振防止用キャパシタ、Ｒ３１〜Ｒ１４は抵抗である。
【００５０】
【発明の効果】
以上から本発明の差動増幅器によれば、容易に出力電圧が高くなる方向への動作或いは低くなる方向への動作に所望の異なった出力オフセット電圧を持たせることが可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理説明用の差動増幅器のブロック図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態の差動増幅器のブロック図でる。
【図３】  本発明の第２の実施形態の差動増幅器のブロック図である。
【図４】  (a)は本発明の第３の実施形態の差動増幅器のブロック図、(b)はその負荷特性図である。
【図５】  (a)は本発明の第４の実施形態の差動増幅器のブロック図、(b)はその負荷特性図である。
【図６】  (a)は本発明の第５の実施形態の差動増幅器のブロック図、(b)はその負荷特性図である。
【図７】  図６の差動増幅器の具体例を示す回路図である。
【図８】  図７の差動増幅器のトランジスタの極性を反対にした差動増幅器の回路図である。
【図９】  従来の差動増幅器の回路図である。
【符号の説明】
１０、１０’：差動増幅部、１１：非反転入力端子、１２：反転入力端子
２０、２０’：出力部、２１：出力端子
３０，３０Ａ，３０Ｂ：適応バイアス発生部
４０，４０Ａ，４０Ｂ：電流源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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