전영역에서 선형 전류 관계를 갖는 일정 트랜스컨덕턴스 연산 증폭기의 설계 = A Constant-gm Global Rail-to-Rail Operational Amplifier with Linear Relationship of Currents

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 트랜지스터 동작영역에 독립적인 일정 트랜스컨덕턴스 rail-to-tail 입력회로 및 AB-급 출력회로를 갖는 2단 연산증폭기를 제시한다. rail-to-rail 입력회로는 추가 NMOS 및 PMOS 차동 입력단 구조를 사용하여, 전체 동상 입력 전압에서 항상 일정한 트랜스컨덕턴스를 갖도록 하였다. 이러한 입력단 회로는 기존 MOS의 정확한 전류-전압 관계식을 사용하지 않고, 트랜지스터의 동작영역에서, 즉 강 반전 및 약 반전, 독립적인 새로운 광역 선형 전류관계를 제안한다. 본 논문에서 제안한 입력단 회로를 SPICE를 사용하여 모의실험 결과, 전체 동상 입력 전압에 대해서 4.3%의 변화율이 나타남을 검증하였다. AB-급 출력단 회로는 공급 전압원에 독립적인 일정한 동작 전류값을 갖고, 출력 전압은 Vss+0.1에서 Vdd-0.15까지 구동하는 전압 특성을 나타내었다. 또한 출력단은 AB-급 궤환 제어 방식을 사용하여 저전압에서 동작 할 수 있다. 전체 연산 증폭기의 단일-이득 주파수 및 DC 전압이득 변화율은 각각 4.2% 및 12%로 나타냈다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The principle and design of two-stage CMOS operational amplifier with rail-to-rail input and class-AB output stage is presented. The rail-to-rail input stage shows almost constant transconductance independent of the common mode input voltage range in global transistor operation region. This new technique does not make use of accurate current-voltage relationship of MOS transistors. Hence it was achieved by using simple linear relationship of currents. The simulated transconductance variation using SPICE is less the 4.3%. The proposed global two-stage opamp can operate both in strong inversion and in weak inversion. Class AB output stage proposed also has a full output voltage swing and a well-defined quiescent current that does not depend on power supply voltage. Since feedback class- AB control is used, it is expected that this output stage can be operating in extremely low voltage. The variation of DC-gain and unity-gain frequency is each 4.2% and 12%, respectively.