Design of a New CMOS Differential Amplifier Circuit

새로운 구조를 갖는 CMOS 자동증폭회로 설계

All of the CMOS analog and analog-digital systems have composed with several basic circuits, and among them, a important block, the amplifier part can affect the system's performance, Therefore, according to the uses in the system, the amplifier circuit have designed as various architectures (high-gain, low-noise, high-speed circuit, etc...). In this paper, we have proposed a new CMOS differential amplifier circuit. This circuit is differential to single ended input stage comprised of CMOS complementary gain circuits having internally biasing configurations. These architectures can be achieved the high gain and reduced the transistors for biasing. As a results of SPICE simulation with the standard $1.5{\mu}m$ processing parameter, the gain of the proposed circuit have a doubly value of the typical circuit's while maintaining other characteristics(phase margin, offset, etc...). And the proposed circuit is applicated in a simple CMOS comparator which has the settling time in 7nsec(CL=1pF) and the igh output swing $({\pm}4.5V)$.

CMOS아날로그 및 아날로그 디지탈시스템은 여러 개의 기본회로로 구성되어지며 그중에서도 증폭회로 부분은 시스템의 성능을 결정할 수도 있는 중요한 블럭중에 하나이다. 증폭회로는 시스템에서 사용되어지는 용도에 따라서 여러가지 구조(고이득, 저전력, 고속회로등)를 가지며 이러한 증폭회로를 설계하기 위하여 증폭기내의 입력증폭단의 설계 방법도 다양하다. 본 논문에서는 CMOS 상보형 차동이득 구조를 갖는 새로운 형태의 입력 차동증폭 회로를 제안하였다. 제안된 회로는 CMOS 상보형 회로에 의하여 고이득 특성을 가지며, 바이어스 전류를 내부적으로 공급하여 전체 시스템 구성시, 바이어스회로를 구성하기 위한 트랜지스터의 수를 줄일 수 있다. 이 회로를 표준 $1.5{\mu}m$ 공정파라메타를 이용한 SPICE 시뮬레이션을 통하여 광범위하게 이용되고 있는 CMOS 차동증폭 회로와 비교해 본 결과, 오프셋, 위상마진등의 특성이 그대로 유지된 상태에서 이득이 배가 되었다. 또한 제안된 회로를 이용하여 높은 출력스윙(-4.5V-+4.5V)과 함께 7nsec(CL-1pF) 이하의 세틀링시간을 갖을 수 있는 CMOS비교기를 설계하였다.