JP7360968B2 - DC voltage generation circuit - Google Patents
DC voltage generation circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP7360968B2 JP7360968B2 JP2020022973A JP2020022973A JP7360968B2 JP 7360968 B2 JP7360968 B2 JP 7360968B2 JP 2020022973 A JP2020022973 A JP 2020022973A JP 2020022973 A JP2020022973 A JP 2020022973A JP 7360968 B2 JP7360968 B2 JP 7360968B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistor
- voltage
- generation circuit
- transistor
- voltage generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 7
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
本明細書中に開示されている発明は、DC電圧生成回路に関する。 The invention disclosed herein relates to a DC voltage generation circuit.
従来から、デプレッション型のNMOSFETとエンハンスメント型のNMOSFETを利用した基準電圧生成回路が知られている。 デプレッション型のNMOSFETとエンハンスメント型のNMOSFETをトーテムポール状に接続し、デプレッション型のNMOSFETのVGS間電圧を0Vとする構成が一般的である。 Conventionally, reference voltage generation circuits using depletion type NMOSFETs and enhancement type NMOSFETs have been known. A general configuration is such that a depletion type NMOSFET and an enhancement type NMOSFET are connected in a totem pole configuration, and the voltage between VGS and VGS of the depletion type NMOSFET is set to 0V.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。
Note that
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、DC電圧の温度特性について更なる改善の余地があった。
However, in the technique described in
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、温度特性のばらつきを抑制することのできるDC電圧生成回路を提供することを目的とする。 In view of the above problems discovered by the inventor of the present application, the invention disclosed herein aims to provide a DC voltage generation circuit that can suppress variations in temperature characteristics. .
本明細書中に開示されているDC電圧生成回路は、デプレッション型の第1MOSFETとエンハンスメント型の第2MOSFETにて構成される差動対と、前記差動対を駆動する電流源と、を備え、前記第1MOSFETと前記第2MOSFETのそれぞれの閾値電圧差に基づいてDC電圧を生成することを特徴とする構成(第1の構成)にしてもよい。 The DC voltage generation circuit disclosed herein includes a differential pair configured of a first depletion type MOSFET and a second enhancement type MOSFET, and a current source that drives the differential pair, A configuration (first configuration) may be adopted in which a DC voltage is generated based on a threshold voltage difference between the first MOSFET and the second MOSFET.
また、第1の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1MOSFETのゲートと前記第2MOSFETのゲートの間に第1抵抗を有する構成(第2の構成)にしてもよい。 Further, in the DC voltage generation circuit having the first configuration, a configuration (second configuration) may be adopted in which a first resistor is provided between the gate of the first MOSFET and the gate of the second MOSFET.
また、第2の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1抵抗は抵抗値を調整可能な構成(第3の構成)にしてもよい。 Furthermore, in the DC voltage generation circuit having the second configuration, the first resistor may have a configuration in which the resistance value can be adjusted (third configuration).
また、第2又は第3の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1MOSFETのゲートと基準電圧との間に第2抵抗を有する構成(第4の構成)にしてもよい。 Furthermore, in the DC voltage generation circuit having the second or third configuration, a configuration (fourth configuration) may be adopted in which a second resistor is provided between the gate of the first MOSFET and the reference voltage.
また、第4の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第2抵抗は抵抗値を調整可能な構成(第5の構成)にしてもよい。 Furthermore, in the DC voltage generation circuit having the fourth configuration, the second resistor may have a configuration in which the resistance value can be adjusted (fifth configuration).
また、第4又は第5の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1抵抗及び前記第2抵抗は同じ材料からなる構成(第6の構成)にしてもよい。 Furthermore, in the DC voltage generation circuit having the fourth or fifth configuration, the first resistor and the second resistor may be made of the same material (sixth configuration).
また、第1~第6の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1MOSFETのソースと前記電流源との間に設けられる第3抵抗、及び、前記第2MOSFETのソースと前記電流源との間に設けられる第4抵抗の少なくとも一方を有する構成(第7の構成)にしてもよい。 Further, in the DC voltage generation circuit having the first to sixth configurations, a third resistor provided between the source of the first MOSFET and the current source, and a third resistor provided between the source of the second MOSFET and the current source. A configuration (seventh configuration) may be adopted in which at least one of the fourth resistors is provided.
また、第7の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第3抵抗を少なくとも有し、前記第3抵抗は抵抗値を調整可能である、又は、前記第4抵抗を少なくとも有し、前記第4抵抗は抵抗値を調整可能である構成(第8の構成)にしてもよい。 Further, the DC voltage generation circuit having a seventh configuration includes at least the third resistor, and the third resistor has an adjustable resistance value, or includes at least the fourth resistor, and the fourth resistor has an adjustable resistance value. The resistor may have a configuration in which the resistance value can be adjusted (eighth configuration).
また、第7又は第8の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第3抵抗及び前記第4抵抗の両方を有し、前記第3抵抗及び前記第4抵抗は同じ材料からなる構成(第9の構成)にしてもよい。 Further, in the DC voltage generation circuit having a seventh or eighth configuration, the third resistor and the fourth resistor are both made of the same material (a ninth configuration).
また、第1~第9の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1MOSFETと前記第2MOSFETに流れる電流比を調整可能なカレントミラー回路をさらに備える構成(第10の構成)にしてもよい。 Furthermore, the DC voltage generation circuit having the first to ninth configurations may further include a current mirror circuit that can adjust the ratio of current flowing through the first MOSFET and the second MOSFET (a tenth configuration).
また、第1~第10の構成からなるDC電圧生成回路において、前記第1MOSFETと前記第2MOSFETは弱反転領域で動作する構成(第11の構成)にしてもよい。 Further, in the DC voltage generation circuit having the first to tenth configurations, the first MOSFET and the second MOSFET may be configured to operate in a weak inversion region (eleventh configuration).
本明細書中に開示されている発明によれば、キャリアの移動度の温度ばらつきに依存しないDC電圧が生成可能となる。 According to the invention disclosed herein, it is possible to generate a DC voltage that does not depend on temperature variations in carrier mobility.
<(第1実施形態)>
図1はDC電圧生成回路1の第1実施形態を示す図である。第1実施形態のDC電圧生成回路1は、差動対10と電流源20と参照電圧生成部30と負荷部40とDC電圧出力部50を有しており、外部より電源電圧Vddが負荷部40とDC電圧出力部50へ供給されている。DC電圧VDCがDC電圧出力部50から出力されDC電圧生成回路1の出力電圧を生成する。
<(First embodiment)>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a DC
差動対10はデプレッション型のMOSFET(以下、第1トランジスタTr1)とエンハンスメント型のMOSFET(以下、第2トランジスタTr2)から構成され、第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のソースはそれぞれノードN1に接続されている。また、第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のゲートは参照電圧生成部30に接続され一対の差動対が構成されている。さらに、第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のドレインは、負荷部50に接続されている。なお、第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のチャネル幅W1とW2及びチャネル長L1とL2はDC電圧の仕様に応じて製品出荷時に各値をトリミング調整可能としてもよい。
The
電流源20はノードN1から電流を吸い込み、基準電圧Vstへ電流を放出する。なお電流源20は、特に規定は無いが、同一の半導体チップ内で構成されるカレントミラー回路により構成される電流源であってもよい。また、電流源20は、第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2を弱反転領域で動作させる電流値となる様に調整可能な構成にしてもよい。
参照電圧生成部30は基準電圧Vstを基準の電圧として、第1トランジスタTr1の閾値電圧と第2トランジスタTr2の閾値電圧の差である閾値電圧差ΔVtに基づいた参照電圧Vrefを生成し、DC電圧出力部50へ出力する。
The reference
負荷部40は差動対10に接続され、差動対10へ供給する電流に応じた負荷電圧VLを生成し、DC電圧出力部50に出力してもよい。
The
DC電圧出力部50は参照電圧Vrefに基づいたDC電圧VDCを生成しDC電圧生成回路1の出力電圧として出力してもよい。また、負荷部40からの負荷電圧VLと参照電圧生成部からの参照電圧Vrefに基づいたDC電圧VDCを生成しDC電圧生成回路1の出力電圧として出力してもよい。
The DC
次ぎに第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2が共に弱反転領域で動作する際の参照電圧Vrefについて説明する。弱反転領域では第1トランジスタTr1に流れるドレイン電流Id1、及び、第2トランジスタTr2に流れるドレイン電流Id2はそれぞれ次ぎの式が成り立つ。 Next, the reference voltage Vref when both the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 operate in the weak inversion region will be explained. In the weak inversion region, the following equations hold true for the drain current Id1 flowing through the first transistor Tr1 and the drain current Id2 flowing through the second transistor Tr2.
Id1=W1/L1×Is1×exp[e×(Vgs1-Vth1)×γ/(Kb×T)] … (1)
Id2=W2/L2×Is2×exp[e×(Vgs2-Vth2)×γ/(Kb×T)] … (2)
なお、(1)式における、W1、L1、Is1、Vgs1、Vth1は第1トランジスタTr1のチャネル幅、チャネル長、飽和電流、ゲートソース間電圧、閾値電圧を示し、(2)式における、W2、L2、Is2、Vgs2、Vth2は第2トランジスタTr2において同様のパラメータを示す。また、eは電荷素量、γは弱反転スロープ係数、Kbはボルツマン定数、Tは絶対温度をそれぞれ示す。
Id1=W1/L1×Is1×exp[e×(Vgs1-Vth1)×γ/(Kb×T)]… (1)
Id2=W2/L2×Is2×exp[e×(Vgs2-Vth2)×γ/(Kb×T)]… (2)
Note that in equation (1), W1, L1, Is1, Vgs1, and Vth1 represent the channel width, channel length, saturation current, gate-source voltage, and threshold voltage of the first transistor Tr1, and in equation (2), W2, L2, Is2, Vgs2, and Vth2 indicate similar parameters in the second transistor Tr2. Further, e represents the elementary charge, γ represents the weak inversion slope coefficient, Kb represents the Boltzmann constant, and T represents the absolute temperature.
また、上記(1)、(2)の式において、仮にId1=Id2とした場合、次式が成り立つ。
W1/L1×Is1×exp[e×(Vgs1-Vth1)×γ/(Kb×T)]=
W2/L2×Is2×exp[e×(Vgs2-Vth2)×γ/(Kb×T)] …(3)
(3)式を整理すると、
Vgs2-Vgs1=(Vth2-Vth1)+
[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)] …(4)となる。
Furthermore, in the above equations (1) and (2), if Id1=Id2, the following equation holds true.
W1/L1×Is1×exp[e×(Vgs1-Vth1)×γ/(Kb×T)]=
W2/L2×Is2×exp[e×(Vgs2-Vth2)×γ/(Kb×T)]…(3)
(3) If we rearrange the equation, we get
Vgs2-Vgs1=(Vth2-Vth1)+
[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)] (4).
さらに(4)式における(Vth2-Vth1)は閾値電圧差ΔVtであり、仮に第2トランジスタTr2のゲート電位を参照電圧Vrefとした場合、第1トランジスタTr1のソースと第2トランジスタTr2のソース電位が共通電位なので、次式が成立する。
Vref=ΔVt+Vgs1+
[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)]
…(5)。
式(5)から参照電圧Vrefは閾値電圧差ΔVtと第1トランジスタTr1のゲートソース間電圧Vgs1に基づいた値を生成することができる。
Furthermore, (Vth2-Vth1) in equation (4) is the threshold voltage difference ΔVt, and if the gate potential of the second transistor Tr2 is the reference voltage Vref, the source potentials of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are Since it is a common potential, the following equation holds true.
Vref=ΔVt+Vgs1+
[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)]
...(5).
From equation (5), a value of the reference voltage Vref can be generated based on the threshold voltage difference ΔVt and the gate-source voltage Vgs1 of the first transistor Tr1.
また、第1トランジスタTr1のゲートソース間電圧Vgs1が参照電圧Vrefを基に生成され、仮に比例関係となる場合、次式が成立する。
Vgs1=α×Vref…(6)
Furthermore, if the gate-source voltage Vgs1 of the first transistor Tr1 is generated based on the reference voltage Vref and has a proportional relationship, the following equation holds true.
Vgs1=α×Vref…(6)
式(5)及び式(6)から参照電圧Vrefは次式が成立する。
Vref=(ΔVt+[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)])/(1-α)…(7)
式(7)の右辺にはキャリアの移動度を示すμは含まれていないため、キャリアの移動度の温度特性ばらつきが参照電圧Vrefに影響しない。また、全てが物性値であり、物性値のばらつきがない場合には温度特性の影響を受けない参照電圧Vrefを生成することができる。
From equations (5) and (6), the following equation holds for the reference voltage Vref.
Vref=(ΔVt+[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)])/(1−α)…(7)
Since μ indicating carrier mobility is not included on the right side of equation (7), variations in temperature characteristics of carrier mobility do not affect the reference voltage Vref. Further, all of the values are physical property values, and if there is no variation in the physical property values, it is possible to generate a reference voltage Vref that is not affected by temperature characteristics.
また、閾値電圧差ΔVtは、弱反転領域でトランジスタを使用する場合、使用される環境の温度に依存せず、ほぼ一定の値が得られる特徴がある。図2は温度による閾値電圧差ΔVtの値を示す図である。(図2では代表値として温度25℃と125℃時の閾値電圧差ΔVtの値を示す。)図2から閾値電圧差ΔVtは温度依存が非常に少ない特性であることを示している(XXX[V]@25℃≒YYY[V]@125℃)。さらには、弱反転領域でトランジスタを制御するため、消費電流を大幅に低減させることができる。例えば、強反転領域におけるドレイン電流が数μAに対し、弱反転領域のドレイン電流は0.01μAと2桁以上電流を低減させることが可能となる。 Further, when a transistor is used in a weak inversion region, the threshold voltage difference ΔVt has a characteristic that it does not depend on the temperature of the environment in which the transistor is used, and a substantially constant value can be obtained. FIG. 2 is a diagram showing the value of the threshold voltage difference ΔVt depending on temperature. (In Figure 2, the value of the threshold voltage difference ΔVt at temperatures of 25°C and 125°C is shown as a typical value.) Figure 2 shows that the threshold voltage difference ΔVt has a characteristic with very little temperature dependence (XXX[ V]@25℃≒YYY[V]@125℃). Furthermore, since the transistor is controlled in the weak inversion region, current consumption can be significantly reduced. For example, while the drain current in the strong inversion region is several μA, the drain current in the weak inversion region is 0.01 μA, making it possible to reduce the current by more than two orders of magnitude.
なお、DC電圧VDCは参照電圧Vrefに基づいて生成されるため、DC電圧VDCも参照電圧Vrefと同様に温度に依存しない電圧を生成可能であることは容易に想定することができる。 Note that since the DC voltage VDC is generated based on the reference voltage Vref, it can be easily assumed that the DC voltage VDC can also be generated as a temperature-independent voltage like the reference voltage Vref.
<(第2実施形態)>
図3はDC電圧生成回路1の第2実施形態を示す図である。第2実施形態のDC電圧生成回路1は第1実施形態のDC電圧生成回路1と同様に差動対10と電流源20と参照電圧生成部30と負荷部40とDC電圧出力部50を有する。参照電圧生成部30の構成以外は第1実施形態と同じであるため説明を省略する。
<(Second Embodiment)>
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the DC
参照電圧生成部30は、第1抵抗R1と第2抵抗R2を有し、第1抵抗R1と第2抵抗R2はそれぞれ個別に外部から抵抗値を調整可能な構成としてもよい。第1抵抗R1の第1端子は第2トランジスタTr2のゲート及び参照電圧Vrefに接続され、第1抵抗R1の第2端子は第2抵抗R2の第1端子及び第1トランジスタTr1のゲートに接続され、第2抵抗R2の第2端子は基準電圧Vstに接続されている。
The reference
第1トランジスタTr1のVgs1はΔVtと第1抵抗R1及び第2抵抗R2から定まり、第1抵抗R1の抵抗値をZ1、第2抵抗R2の抵抗値をZ2とした場合、第1トランジスタTr1のゲートソース間電圧Vgs1は次式となる。
Vgs1=Z2/Z1×ΔVt …(8)
Vgs1 of the first transistor Tr1 is determined from ΔVt, the first resistor R1, and the second resistor R2, and when the resistance value of the first resistor R1 is Z1 and the resistance value of the second resistor R2 is Z2, the gate of the first transistor Tr1 The source-to-source voltage Vgs1 is expressed by the following equation.
Vgs1=Z2/Z1×ΔVt…(8)
式(5)及び式(8)からVrefは次式となる。
Vref=ΔVt+Z2/Z1×ΔVt+[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)] …(9)。
From equations (5) and (8), Vref becomes the following equation.
Vref=ΔVt+Z2/Z1×ΔVt+[(Kb×T)/(e×γ)]×ln[(W1/L1×Is1)/(W2/L2×Is2)] (9).
式(9)は式(7)と同様に右辺にキャリアの移動度を示すμは含まれておらず、キャリアの移動度の温度特性ばらつきが参照電圧Vrefに影響しない。また、全てが物性値であり、物性値のばらつきがない場合には温度特性の影響を受けない参照電圧Vrefを生成することができる。 Similar to equation (7), equation (9) does not include μ indicating carrier mobility on the right side, and temperature characteristic variations in carrier mobility do not affect reference voltage Vref. Further, all of the values are physical property values, and if there is no variation in the physical property values, it is possible to generate a reference voltage Vref that is not affected by temperature characteristics.
また、より簡潔にVrefを表現すれば、閾値電圧差ΔVtは第1抵抗R1の両端電位となるため、第1抵抗R1の抵抗値をZ1とした場合、次式の電流が第1抵抗R1に流れる。
IR1=ΔVt/Z1…(10) 上記式(10)の電流は第2抵抗R2にも同様に流れるため、第2抵抗R2の抵抗値をZ2とした場合、参照電圧Vrefは次式となる。
Vref=ΔVt/Z1×(Z1+Z2)…(11)
Also, to express Vref more simply, the threshold voltage difference ΔVt is the potential across the first resistor R1, so if the resistance value of the first resistor R1 is Z1, the current in the following equation flows through the first resistor R1. flows.
IR1=ΔVt/Z1 (10) Since the current in the above formula (10) similarly flows through the second resistor R2, when the resistance value of the second resistor R2 is Z2, the reference voltage Vref is expressed by the following formula.
Vref=ΔVt/Z1×(Z1+Z2)…(11)
式(11)から参照電圧Vrefは弱反転領域で温度依存の少ない特性を持つ閾値電圧差ΔVtと抵抗値Z1及びZ2から定まることとなる。ここで、第1抵抗R1及び第2抵抗R2を同じ材料の抵抗を用いる場合、抵抗値の温度変動比は同じであるため、抵抗による温度依存は存在せず、延いては、温度依存の少ない参照電圧Vrefを生成することが可能となる。 From Equation (11), the reference voltage Vref is determined from the threshold voltage difference ΔVt and the resistance values Z1 and Z2, which have characteristics with little temperature dependence in the weak inversion region. Here, when resistors made of the same material are used as the first resistor R1 and the second resistor R2, the temperature fluctuation ratio of the resistance value is the same, so there is no temperature dependence due to the resistance, and by extension, there is less temperature dependence. It becomes possible to generate the reference voltage Vref.
なお、式(11)では、第2抵抗R2の抵抗値をZ2としたが、第2抵抗R2を削除して、参照電圧Vrefを生成してもよい。また、第1抵抗R1と第2抵抗R2の抵抗値は調整可能ではなく、固定の値としてもよい。 Note that in equation (11), the resistance value of the second resistor R2 is set to Z2, but the second resistor R2 may be deleted to generate the reference voltage Vref. Further, the resistance values of the first resistor R1 and the second resistor R2 may not be adjustable but may be fixed values.
<(第3実施形態)>
図4はDC電圧生成回路1の第3実施形態を示す図である。第3実施形態のDC電圧生成回路1は差動対10以外の構成は第2実施形態と同じである。
<(Third Embodiment)>
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the DC
第3実施形態の差動対10は第1及び第2実施形態の差動対10からさらに第3抵抗R3と第4抵抗R4を有している。第3抵抗R3と第4抵抗R4はそれぞれ個別に外部から抵抗値を調整可能な構成としてもよい。
The
第3抵抗R3の第1端子は第1トランジスタTr1のソースに接続され、第2端子はノードN1に接続され、第4抵抗R4の第1端子は第2トランジスタTr2のソースに接続され、第4抵抗R4の第2端子はノードN1に接続されている。 The first terminal of the third resistor R3 is connected to the source of the first transistor Tr1, the second terminal is connected to the node N1, the first terminal of the fourth resistor R4 is connected to the source of the second transistor Tr2, and the fourth A second terminal of resistor R4 is connected to node N1.
式(7)において、参照電圧Vrefは全て物性値から定まることを示し、物性値のばらつきがない場合には温度特性の影響を受けない参照電圧Vrefを生成することができることを示した。しかしながら、実際の製造工程では作りこみのばらつきが発生することがある。 In Equation (7), it was shown that the reference voltage Vref is determined entirely from the physical property values, and it was shown that the reference voltage Vref that is not affected by temperature characteristics can be generated when there is no variation in the physical property values. However, in the actual manufacturing process, variations in manufacturing may occur.
第3抵抗R3及び第4抵抗R4は、製造工程での作りこみのばらつきが発生した場合に抵抗値の調整を行い、式(7)で示した物性値の変動による参照電圧Vrefの温度特性への影響を軽減することが可能となる。 The resistance values of the third resistor R3 and the fourth resistor R4 are adjusted when variations occur in the manufacturing process, and the temperature characteristics of the reference voltage Vref due to variations in physical property values shown in equation (7) are adjusted. This makes it possible to reduce the impact of
図5は第3抵抗R3の値を可変した際の参照電圧Vrefの温度変動量を示す図であって、横軸(X軸)は温度(℃)を示しており、縦軸(Y軸)は25℃における電圧値を基準として規格化された参照電圧Vrefの変動量(%)を示している。第3抵抗R3の値を最適な値に調整することで、製造工程での作りこみのばらつきによる参照電圧Vrefの温度変動量を改善することが可能となることを示している。なお、図5では、製造工程での作りこみのばらつきにより、正の温度特性を持つ参照電圧Vrefを、第3抵抗R3の抵抗値を調整することで参照電圧Vrefの温度変動量が改善されている様子を示しているが、第4抵抗R4を第3抵抗R3と同じ材料とし同じ温度特性の抵抗とすれば、負の温度特性を持つ参照電圧Vrefを、第4抵抗R4の値を最適な値に調整することで参照電圧Vrefの温度変動量を改善することが可能となる。また、第3抵抗R3及び第4抵抗R4の抵抗値の値をそれぞれ個別に調整することで、製造工程での作りこみのばらつきのみならず、個体毎に最適な温度特性の参照電圧Vrefを生成することが可能となる。 FIG. 5 is a diagram showing the amount of temperature fluctuation of the reference voltage Vref when the value of the third resistor R3 is varied, and the horizontal axis (X-axis) shows the temperature (°C), and the vertical axis (Y-axis) indicates the amount of variation (%) in the reference voltage Vref normalized with reference to the voltage value at 25°C. This shows that by adjusting the value of the third resistor R3 to an optimal value, it is possible to improve the amount of temperature variation in the reference voltage Vref due to variations in the manufacturing process. In addition, in FIG. 5, the amount of temperature fluctuation of the reference voltage Vref, which has a positive temperature characteristic, is improved by adjusting the resistance value of the third resistor R3 due to manufacturing variations in the manufacturing process. However, if the fourth resistor R4 is made of the same material as the third resistor R3 and has the same temperature characteristics, then the reference voltage Vref, which has negative temperature characteristics, and the value of the fourth resistor R4 can be set to the optimal value. By adjusting the value, it is possible to improve the amount of temperature fluctuation of the reference voltage Vref. In addition, by individually adjusting the resistance values of the third resistor R3 and the fourth resistor R4, a reference voltage Vref with optimal temperature characteristics is generated for each individual product, not only due to variations in the manufacturing process. It becomes possible to do so.
なお、第3抵抗R3及び第4抵抗R4はの抵抗値は調整可能ではなく、固定の値としてもよい。また、第3抵抗R3及び第4抵抗R4はどちらか一方のみを有してもよい。 Note that the resistance values of the third resistor R3 and the fourth resistor R4 are not adjustable and may be fixed values. Moreover, the third resistor R3 and the fourth resistor R4 may include only one of them.
<(第4実施形態)>
図6はDC電圧生成回路1の第4実施形態を示す図である。第4実施形態のDC電圧生成回路1は負荷部40及びDC電圧出力部50以外の構成は第3実施形態と同じである。
<(4th embodiment)>
FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the DC
第4実施形態の負荷部40は、2つのエンハンスメント型のMOSFET(以下、第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4)を有しており、第3トランジスタTr3及び第4トランジスタTr4のソースは電源電圧Vddに接続され、第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4のゲートは第3トランジスタTr3のドレインに接続され、第3トランジスタTr3のドレインは第1トランジスタTr1のドレインに接続され、第4トランジスタTr4のドレインは第2トランジスタTr2のドレインに接続されると共に負荷電圧VLを生成し、DC電圧出力部50へ出力する。
The
第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4の接続によれば、カレントミラー回路を構成することが可能となる。例えば、第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4のチャネル幅とチャネル長の比が同じである場合、第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4のドレイン電流は同じ値となり、差動対10に含まれる第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2へ同じ電流を供給し、この電流を基に閾値電圧差ΔVtを定めることが可能となる。 By connecting the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4, it is possible to configure a current mirror circuit. For example, when the ratio of the channel width and channel length of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 is the same, the drain currents of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 have the same value, and the drain current of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 have the same value. It becomes possible to supply the same current to the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 and determine the threshold voltage difference ΔVt based on this current.
なお、第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4のチャネル幅とチャネル長の比が同じである場合は一例であり、必要に応じてチャネル幅とチャネル長の比を調整してもよし、外部から調整可能な構成にしてもよい。また、図6ではカレントミラー回路構成の一例として第3トランジスタTr3と第4トランジスタTr4から構成されるカレントミラー回路を示したが、カスコード型のカレントミラー回路としてもよい。カスコード型のカレントミラー回路にすることにより、チャネル長変調効果の影響を低減した電流を生成することが可能となる。 Note that the case where the ratio of the channel width to the channel length of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 are the same is an example, and the ratio of the channel width to the channel length may be adjusted as necessary, or it may be adjusted externally. It may be configured as possible. Further, although FIG. 6 shows a current mirror circuit composed of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 as an example of the current mirror circuit configuration, a cascode type current mirror circuit may be used. By using a cascode type current mirror circuit, it is possible to generate a current with reduced influence of channel length modulation effects.
第4実施形態のDC電圧出力部50は、エンハンスメント型のMOSFET(以下、第5トランジスタTr5)及び第5抵抗R5を有しており、第5抵抗R5の第2端子は第1抵抗R1の第1端子に接続され、第5トランジスタTr5のドレインは電源電圧Vddに接続され、ゲートは負荷部40の出力である負荷電圧VLに接続され、ソースは第5抵抗R5の第1端子に接続されると共にDC電圧VDCを生成し、DC電圧生成回路1の出力電圧として出力する。
The DC
DC電圧VDCは第5トランジスタTr5のソースにより供給されるため、入力インピーダンスが高く、また、出力インピーダンスが低い特性を得ることができる。その結果より多くの負荷を駆動できる様になる。ここでは第5トランジスタTr5のチャネル幅とチャネル長についての説明は省略するが、DC電圧VDCに求められる電流能力に応じて調整可能な構成としてもよい。 Since the DC voltage VDC is supplied by the source of the fifth transistor Tr5, characteristics of high input impedance and low output impedance can be obtained. As a result, more loads can be driven. Although a description of the channel width and channel length of the fifth transistor Tr5 will be omitted here, it may be configured to be adjustable according to the current capability required of the DC voltage VDC.
第5抵抗R5は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2と直列に接続されるため、第1抵抗R1及び第2抵抗R2に流れる電流と同じ電流が流れる。第5抵抗R5の抵抗値をZ5とした場合、式(10)、式(11)と同様の計算からDC電圧VDCは次式となる。
VDC=ΔVt/Z1×(Z1+Z2+Z5)…(12)
式(12)によれば、DC電圧VDCは第5抵抗R5に応じた出力電圧を生成することが可能となり、DC電圧VDCの電圧値を容易に変更可能となる。
Since the fifth resistor R5 is connected in series with the first resistor R1 and the second resistor R2, the same current flows through the first resistor R1 and the second resistor R2. When the resistance value of the fifth resistor R5 is set to Z5, the DC voltage VDC is determined by the following equation based on calculations similar to equations (10) and (11).
VDC=ΔVt/Z1×(Z1+Z2+Z5)…(12)
According to equation (12), the DC voltage VDC can generate an output voltage according to the fifth resistor R5, and the voltage value of the DC voltage VDC can be easily changed.
なお、第5抵抗R5は、第1抵抗R1及び第2抵抗R2と同じ材料の抵抗を用いることにより、抵抗値の温度変動比は同じとなり温度依存の少ないDC電圧VDCを生成することが可能となることは第1実施形態の式(11)における説明と同様である。また、第5抵抗R5の抵抗値を外部から調整可能とし、DC電圧VDCに求められる電圧値に応じて調整可能な構成としてもよい。 Note that by using a resistor made of the same material as the first resistor R1 and the second resistor R2 for the fifth resistor R5, the temperature fluctuation ratio of the resistance value is the same, making it possible to generate the DC voltage VDC with less temperature dependence. This is the same as the explanation for equation (11) in the first embodiment. Further, the resistance value of the fifth resistor R5 may be externally adjustable, and may be configured to be adjustable in accordance with the voltage value required for the DC voltage VDC.
図7は、DC電圧生成回路1を用いたアプリケーションの一例を示す図である。一例としてLDOレギュレータIC100の構成例を示している。LDOレギュレータIC100はプリレギュレータ(PREREG)200と、先述のDC電圧生成回路1と、LDO出力回路300を有しており、外部電圧Vextがプリレギュレータ200とLDO出力回路300へ供給されている。プリレギュレータ200は外部電圧Vextを基にDC電圧生成回路1、及びLDO出力回路300が動作可能な所定の電圧を生成し、DC電圧生成回路1、及びLDO出力回路300へ出力する。DC電圧生成回路1は温度依存の少ないDC電圧VDCを生成し、LDO出力回路300へ出力する。LDO出力回路300は出力トランジスタやオペアンプ(いずれも不図示)を含み、外部電圧Vextを降圧して所望のLDO出力電圧Voutを生成する。なお、LDO出力回路300は、LDOレギュレータIC100に求められるLDO出力電圧Voutに応じて、帰還抵抗値などを調整可能な構成としてもよい。図7で例示したLDOレギュレータIC100は温度依存の少ないDC電圧VDCをLDO出力回路300の設定値(例えばLDO出力電圧Voutの目標設定値)として用いることにより、温度依存の少ないLDO出力電圧Voutを生成可能にすることができる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of an application using the DC
<その他の変形例>
なお、上記の実施形態、及び図では、第1トランジスタTr1、第2トランジスタTr2はNチャネルMOSFET、第3トランジスタTr3、第4トランジスタTr4はPチャネルMOSFETにてDC電圧VDCを生成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、第1~第4トランジスタの極性を全て反転にしたPチャネルMOSFETの差動対で構成されるDC電圧生成回路にも広く適用することが可能である。
<Other variations>
In the above embodiments and figures, the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are N-channel MOSFETs, and the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4 are P-channel MOSFETs, which generate the DC voltage VDC as an example. Although the configuration of the present invention is not limited to this, the DC voltage generation circuit is configured of a differential pair of P-channel MOSFETs in which the polarities of the first to fourth transistors are all reversed. It can also be widely applied.
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、Pチャネルタイプのデプレッション型MOSFETやエンハンスメント型MOSFETへの置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 The various technical features disclosed in this specification can be modified in addition to the embodiments described above without departing from the gist of the technical creation. For example, replacement with a P-channel type depletion type MOSFET or enhancement type MOSFET, or inversion of the logic levels of various signals is optional. That is, the above embodiments should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and the claims shall be understood to include all changes falling within the meaning and range of equivalency.
1 DC電圧生成回路
10 差動対
20 電流源
30 参照電圧生成部
40 負荷部
50 DC電圧出力部
Tr1 デプレッション型のMOSFET(第1トランジスタ)
Tr2~5 エンハンスメント型のMOSFET(第2~5トランジスタ)
R1~5 抵抗
VDC DC電圧
Vref 参照電圧
ΔVt 閾値電圧差
VL 負荷電圧
Vst 基準電圧
Vdd 電源電圧
Vext 外部電源
Vout LDO出力電圧
Iout LDO出力電流
W1~2 チャネル幅
L1~2 チャネル長
Is1~2 飽和電流
Vgs1~2 ゲートソース間電圧
Vth1~2 閾値電圧
e 電荷素量
γ 弱反転スロープ係数
Kb ボルツマン定数
T 絶対温度
1 DC
Tr2~5 Enhancement type MOSFET (2nd~5th transistor)
R1~5 Resistance VDC DC voltage Vref Reference voltage ΔVt Threshold voltage difference VL Load voltage Vst Reference voltage Vdd Power supply voltage Vext External power supply Vout LDO output voltage Iout LDO output current W1~2 Channel width L1~2 Channel length Is1~2 Saturation current Vgs1 ~2 Gate-source voltage Vth1~2 Threshold voltage e Elementary charge γ Weak inversion slope coefficient Kb Boltzmann constant T Absolute temperature
Claims (9)
前記差動対を駆動する電流源と、
を備え、
前記第1MOSFETと前記第2MOSFETのそれぞれの閾値電圧差に基づいてDC電圧を生成するDC電圧生成回路であって、
前記第1MOSFETのゲートと前記第2MOSFETのゲートの間に設けられる第1抵抗と、
前記第1MOSFETのゲートと基準電圧の間に設けられる第2抵抗と、
を有する、DC電圧生成回路。 a differential pair composed of a first depletion type MOSFET and a second enhancement type MOSFET;
a current source that drives the differential pair;
Equipped with
A DC voltage generation circuit that generates a DC voltage based on a threshold voltage difference between the first MOSFET and the second MOSFET,
a first resistor provided between the gate of the first MOSFET and the gate of the second MOSFET;
a second resistor provided between the gate of the first MOSFET and a reference voltage;
A DC voltage generation circuit having :
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020022973A JP7360968B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | DC voltage generation circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020022973A JP7360968B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | DC voltage generation circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021128562A JP2021128562A (en) | 2021-09-02 |
| JP7360968B2 true JP7360968B2 (en) | 2023-10-13 |
Family
ID=77488706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020022973A Active JP7360968B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | DC voltage generation circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7360968B2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004030603A (en) | 2002-04-30 | 2004-01-29 | Mitsutoyo Corp | Reference voltage generating device for semiconductor |
| JP2007049233A (en) | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Constant current circuit |
| JP2015197719A (en) | 2014-03-31 | 2015-11-09 | シナプティクス・ディスプレイ・デバイス合同会社 | Power supply circuit, display panel driver and display device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3940485B2 (en) * | 1997-02-27 | 2007-07-04 | 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 | Reference voltage generation circuit |
-
2020
- 2020-02-14 JP JP2020022973A patent/JP7360968B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004030603A (en) | 2002-04-30 | 2004-01-29 | Mitsutoyo Corp | Reference voltage generating device for semiconductor |
| JP2007049233A (en) | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Constant current circuit |
| JP2015197719A (en) | 2014-03-31 | 2015-11-09 | シナプティクス・ディスプレイ・デバイス合同会社 | Power supply circuit, display panel driver and display device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021128562A (en) | 2021-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6160393A (en) | Low power voltage reference circuit | |
| US7944271B2 (en) | Temperature and supply independent CMOS current source | |
| JP4722502B2 (en) | Band gap circuit | |
| US7609106B2 (en) | Constant current circuit | |
| WO2019104467A1 (en) | Voltage regulator and power supply | |
| JPH0584963B2 (en) | ||
| JP2008108009A (en) | Reference voltage generation circuit | |
| KR20160038665A (en) | Bandgap circuits and related method | |
| CN101068106B (en) | Cascode amplifier circuit, an amplifier including the same, and method of cascade amplifier circuit | |
| JP4070533B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| US9523995B2 (en) | Reference voltage circuit | |
| JP2000114891A (en) | Current source circuit | |
| JP7325352B2 (en) | Reference voltage circuit | |
| JP4263056B2 (en) | Reference voltage generator | |
| JP4259941B2 (en) | Reference voltage generator | |
| KR20220136184A (en) | Reference Current Source | |
| JP7360968B2 (en) | DC voltage generation circuit | |
| US7573325B2 (en) | CMOS reference current source | |
| JP2013048335A (en) | Voltage-variable gain amplification circuit | |
| JP2550871B2 (en) | CMOS constant current source circuit | |
| US20050083029A1 (en) | Wide swing, low power current mirror with high output impedance | |
| JP2007109034A (en) | Constant current circuit | |
| US20070146061A1 (en) | Cmos reference voltage source | |
| JP6837894B2 (en) | Step-down circuit and semiconductor integrated circuit | |
| KR100915151B1 (en) | Reference Voltage Generating Circuits with Noise Immunity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230725 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230726 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230907 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231002 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7360968 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |