A Novel CMOS Rail-to-Rail Input Stage Circuit with Improved Transconductance

트랜스컨덕턴스 특성을 개선한 새로운 CMOS Rail-to-Rail 입력단 회로

In this paper, a novel rail-to-rail input stage circuit with improved transconductance Is designed. Its excellent performances over whole common-mode input voltage Vcm range is demonstrated by circuit simulator HSPICE. The novel input stage circuit comprises additional 4 input transistors and 4 current sources/sinks. It maintains DC currents of signal amplifying transistors when one of the differential input stage circuits operates, but it reduces these currents to 1/4 when both differential input stage circuits operates, As a result, a operational amplifier with the novel circuit maintains nearly constant transconductance performance and unity-gain frequency in strong inversion region. The novel circuit allows an optimal frequency compensation and uniform operational amplifier performance over whole Vcm range.

본 논문에서는 트랜스컨덕턴스 특성을 개선한 새로운 CMOS Rail-to-Rail 입력단 회로를 설계하였다. 회로 모의 실험기 HSPICE를 통해서 새로운 입력단 회로의 동상 입력 전압 범위에 대한 새로운 회로의 성능을 검증하였다. 새로운 입력단 회로는 기존의 Rail-to-Rail 입력단 회로에 동상 입력 전압에 따라서 동작조건이 변하는 4개의 입력 트랜지스터와 4개의 전류원/싱크를 추가함으로써 구성된다. 새로운 입력단 회로는 두 차동 회로 중에서 어느 한 회로만이 동작하는 영역에서는 신호증폭에 기여하는 트랜지스터의 DC 전류양에는 영향을 미치지 않는 반면, 두 차동 회로가 모두 동작하는 영역에서는 신호증폭에 기여하는 트랜지스터의 DC 전류양을 1/4로 감소시킨다. 그 결과 새로운 입력단 회로는 강반전 영역에서 전 동상 입력 전압 범위에 걸쳐 거의 일정한 트랜스컨덕턴스 특성과 단일 이득 주파수 특성을 보이며 전 동상 입력 전압 범위에 대해서 최적의 주파수 보상을 가능하게 한다.