JP5967987B2

JP5967987B2 - 基準電圧回路

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Publication number: JP5967987B2
Application number: JP2012055922A
Authority: JP
Inventors: 宇都宮　文靖; 文靖宇都宮
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013190933A; CN103309388B; KR102011651B1; TW201409198A; US20130241525A1; KR20130105438A; TWI569125B; US8884602B2; CN103309388A

Description

本発明は、温度特性の良い基準電圧回路に関する。

従来の基準電圧回路は、図３に示すようにＮｃｈデプレッショントランジスタ５０１とＮｃｈデプレッショントランジスタ５０２で構成されている。

動作について説明する。電源電圧が十分に高い場合、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ５０１は飽和領域で動作し、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ５０２は３極管領域（可変抵抗領域）で動作する。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ５０１のアスペクト比をＡ１、しきい値をＶｔｄ、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ５０２のアスペクト比をＡ２、しきい値をＶｔｄ、出力端子５２１の電圧をＶ５２１とすると、

となる。Ｖ５２１の温度傾斜は

となる。（１）式および（２）式から明らかなように、出力電圧Ｖ５２１の絶対値および温度傾斜の条件式は、デプレッション型トランジスタのしきい値とチャネルのアスペクト比のみで決定され、移動度が影響を与える項を含まない。

一般に移動度の温度傾斜は非線形であるのに対して、しきい値の温度傾斜は概ね−１〜−２ｍＶ／℃の線形とみなせることが知られている。現実的な値として、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ５０１およびＮｃｈデプレッショントランジスタ５０２のアスペクト比を１：８とすれば、出力電圧Ｖ５２１の値は｜２×Ｖｔｄ｜であり、温度傾斜は同じしきい値の温度傾斜の−２倍で与えられる。

こうして、出力電圧、出力特性を決定する要素に移動度が介在せず、デプレッション型トランジスタのしきい値とレイアウト上の比精度のみで決定される。そして、製造ばらつきで変動する要素が少なく、安定した出力が得られる。（例えば、特許文献１図１参照）。

特開２００７−２４６６７号公報（図１）

しかしながら、従来の技術では、温度に対して一定の傾きを持つことからフラットな温度特性が求められる基準電圧回路に適さないというと課題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされ、温度変化に対してフラットな温度特性を得られる基準電圧回路を提供する。

従来の課題を解決するため、本発明の基準電圧回路は以下のような構成とした。
ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートとソースが電気的に接続された第一のデプレッショントランジスタと、ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートが、所定の電圧が入力された第一の端子に接続され、ソースが第二の端子に接続された第二のデプレッショントランジスタと、ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートとソースが電気的に接続された第三のデプレッショントランジスタと、ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートが、所定の電圧が入力された第三の端子に接続され、ソースが第四の端子に接続された第四のデプレッショントランジスタと、前記第一の端子と前記第三の端子に所望の電圧が入力され、前記第一のデプレッショントランジスタに流れる電流に基づいた電流が前記第二のデプレッショントランジスタに流れ、前記第一のデプレッショントランジスタに流れる電流に基づいた電流と前記第三のデプレッショントランジスタに流れる電流に基づいた電流との和の電流が前記第四のデプレッショントランジスタに流れ、前記第一の端子と前記第二の端子間に発生した電圧と、前記第三の端子と前記第四の端子間に発生した電圧との電圧差を基に基準電圧を発生する基準電圧回路であって、前記第一のデプレッショントランジスタと前記第二のデプレッショントランジスタのしきい値は、同じしきい値で構成され、前記第三のデプレッショントランジスタと前記第四のデプレッショントランジスタのしきい値は、同じしきい値で構成され、前記第一のデプレッショントランジスタと第三のデプレッショントランジスタのしきい値が異なる構成とした、基準電圧回路。

本発明の基準電圧回路は、基準電圧を、しきい値電圧の異なるデプレッショントランジスタのしきい値差を基に発生させることにより、温度変化に対してフラットな温度特性を得られる基準電圧回路を提供できる。

第一の実施形態の基準電圧回路を示す回路図である。第二の実施形態の基準電圧回路を示す回路図である。従来の基準電圧回路を示す回路図である。

＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態の基準電圧回路の回路図である。
第一の実施形態の基準電圧回路は、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１、１０３、１０５、１０７と、Ｎｃｈトランジスタ１０２、１０４、１０６、１０８、１０９と、電源端子１５０と、グラウンド端子１００と、第一の端子１１０と、第二の端子１１１と、第三の端子１１２と、第四の端子１１３で構成されている。

次に第一の実施形態の基準電圧回路の接続について説明する。
Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１は、ドレインは電源端子１５０に接続され、ゲートとソースはＮｃｈトランジスタ１０２のゲートとドレインとＮｃｈトランジスタ１０４のゲートとＮｃｈトランジスタ１０９のゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０２は、ソースはグラウンド端子１００に接続される。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０３は、ドレインは電源端子１５０に接続され、ゲートは第一の端子１１０に接続され、ソースは第二の端子１１１に接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０４は、ドレインは第二の端子１１１に接続され、ソースはグラウンド端子１００に接続される。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０５は、ドレインは電源端子１５０に接続され、ゲートとソースはＮｃｈトランジスタ１０６のゲートとドレインとＮｃｈトランジスタ１０８のゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０６は、ソースはグラウンド端子１００に接続される。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７は、ドレインは電源端子１５０に接続され、ゲートは第三の端子１１２に接続され、ソースは第四の端子１１３に接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０８は、ドレインは第四の端子１１３に接続され、ソースはグラウンド端子１００に接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０９は、ドレインは第四の端子１１３に接続され、ソースはグラウンド端子１００に接続される。そして、第一の端子１１０と第三の端子１１２には所定の電圧が入力される構成である。

次に、第一の実施形態の基準電圧回路の動作について説明する。
Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１、１０３は同じしきい値でＶｔｎｄ１と設定される。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０５、１０７は同じしきい値でＶｔｎｄ２と設定される。しきい値はＶｔｎｄ１とＶｔｎｄ２は異なるしきい値と設定される。電源端子１５０に十分高い電圧が与えられると、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１、１０５は定電流が流れる。Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１に流れる定電流は、Ｎｃｈトランジスタ１０２に流れることで、Ｎｃｈトランジスタ１０４に所定の比率でコピーされる。この所定の比率でコピーされた定電流が、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０３に流れることで、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０３のゲートである第一の端子１１０とＮｃｈデプレッショントランジスタ１０３のソースである第二の端子１１１の間に、所定の電圧が発生する。

さらに、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１に流れる定電流は、Ｎｃｈトランジスタ１０２に流れることで、Ｎｃｈトランジスタ１０９にも所定の比率でコピーされる。
また、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０５に流れる定電流は、Ｎｃｈトランジスタ１０６に流れることで、Ｎｃｈトランジスタ１０８に所定の比率でコピーされる。この所定の比率でコピーされた定電流と、Ｎｃｈトランジスタ１０９に所定の比率でコピーされるＮｃｈデプレッショントランジスタ１０１に流れる定電流とが合わさった電流が、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７に流れることで、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７のゲートである第三の端子１１２とＮｃｈデプレッショントランジスタ１０７のソースである第四の端子１１３の間に、所定の電圧が発生する。

そして、第一の端子１１０と第二の端子１１１間に発生する電圧と、第三の端子１１２と第四の端子１１３間に発生する電圧との電圧差を所定倍した基準電圧を発生させる構成である。

ここで、第一の端子１１０と第二の端子１１１間に発生する電圧は、しきい値Ｖｔｎｄ１に、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１とＮｃｈデプレッショントランジスタ１０３のＫ値比と、Ｎｃｈトランジスタ１０２とＮｃｈトランジスタ１０４のＫ値比で決まる係数を乗算した値となる。また、第三の端子１１２と第四の端子１１３間に発生する電圧は、Ｎｃｈトランジスタ１０９にコピーされる電流が微小電流であれば、しきい値Ｖｔｎｄ２に、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０５とＮｃｈデプレッショントランジスタ１０７のしきい値Ｖｔｎｄ２、及び、Ｋ値比と、Ｎｃｈトランジスタ１０６とＮｃｈトランジスタ１０８のＫ値比で決まる係数を乗算した値となる。このため、Ｎｃｈトランジスタ１０９にコピーされる電流が微小電流で、しきい値Ｖｔｎｂｄ１としきい値Ｖｔｎｄ２に乗算する係数が同じ値であれば、第一の端子１１０と第二の端子１１１間に発生する電圧と、第三の端子１１２と第四の端子１１３間に発生する電圧の電圧差は、しきい値Ｖｔｎｄ１としきい値Ｖｔｎｄ２の電圧差に係数を乗算した値となる。また、しきい値Ｖｔｎｄ１としきい値Ｖｔｎｄ２の電圧差は、温度によってほとんど変化しない。

従って、第一の端子１１０と第二の端子１１１間に発生する電圧と、第三の端子１１２と第四の端子１１３間に発生する電圧との電圧差を所定倍した基準電圧を発生させることで、温度によって、あまり変化しない基準電圧を発生できる基準電圧回路が構成できる。
しかし、しきい値Ｖｔｎｄ１としきい値Ｖｔｎｄ２の電圧差は、温度上昇と共に電圧差が多少ではあるが上昇してしまう。そしてさらに、この電圧差の上昇量は温度が高くなるにつれて、少なくなってしまう。この温度変化による電圧差の変化をより少なくするために、上記第一の実施形態の基準電圧回路では、しきい値Ｖｔｎｄ１に乗算する上記係数と、しきい値Ｖｔｎｄ２に乗算する上記係数に差を持たせている。これにより、温度上昇と共に、上記電圧差が上昇することを防止している。またさらに、Ｎｃｈトランジスタ１０９を設け、このＮｃｈトランジスタに、しきい値Ｖｔｎｄ１のＮｃｈデプレッショントランジスタ１０１の定電流を係数倍した電流をコピーすることで、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７のゲートとソース間に発生する電圧を調整し、温度上昇による上記電圧差の上昇量の減少を防止している。

以上述べてきたように、上記構成の第一の実施形態の基準電圧回路は、２つの異なるしきい値のＮｃｈデプレッショントランジスタを設け、この２つのＮｃｈデプレッショントランジスタしきい値差を用いて、基準電圧を発生させる構成であり、さらに、このしきい値差の温度変化を補正する構成を追加することにより、温度変化による電圧変化が非常に少ない基準電圧を発生できる。

＜第二の実施形態＞
図２は、第二の実施形態の基準電圧回路の回路図である。
図１の第一の実施形態との違いは、ドレインが第二の端子１１１に、ゲートがＮｃｈトランジスタ１０６のゲートとドレインに、ソースがグラウンド端子１００にそれぞれ接続されたＮｃｈトランジスタ２０１を追加した点である。

上記Ｎｃｈトランジスタ２０１を追加することにより、Ｎｃｈトランジスタ１０６に流れるＮｃｈデプレッショントランジスタ１０５の定電流が、所定の比率で追加したＮｃｈトランジスタ２０１に流れ、追加したＮｃｈトランジスタ２０１に流れる電流が、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７のゲートとソース間に発生する電圧を調整することができる。

従って、第二の実施形態の基準電圧回路は、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０１の定電流を係数倍した電流で、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０７のゲートとソース間に発生する電圧を調整する第一の実施形態の基準電圧回路の機能に加え、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０５の定電流を係数倍した電流で、Ｎｃｈデプレッショントランジスタ１０３のゲートとソース間に発生する電圧を調整する機能を加えることができる。従って、第二の実施形態の基準電圧回路は、温度上昇による上記電圧差の上昇量の減少をＮｃｈデプレッショントランジスタ１０３のゲートとソース間に発生する電圧でも調整できるので、第一の実施形態の基準電圧回路よりも、温度上昇による上記電圧差の上昇量の減少をより正確に補正でき、温度変化による電圧変化が少ない基準電圧を発生できる。

なお本発明は、ゲートとソースが接続されたしきい値の低い第一のデプレッショントランジスタに流れる電流、あるいはその電流を基に発生させた電流を、同じしきい値の第二のデプレッショントランジスタに流すことで第二のデプレッショントランジスタのゲートとソース間に電圧を発生させる。そして、ゲートとソースが接続されたしきい値の高い第三のデプレッショントランジスタに流れる電流、あるいはその電流を基に発生させた電流を、同じしきい値の第四のデプレッショントランジスタに流すことで第四のデプレッショントランジスタのゲートとソース間に電圧を発生させる。さらに、第４のデプレッショントランジスタに第一のデプレッショントランジスタに流れる電流、あるいはその電流を基に発生させた電流を流し、第二のデプレッショントランジスタに、第三のデプレッショントランジスタに流れる電流、あるいはその電流を基に発生させた電流を流し、第二と第四のデプレッショントランジスタのゲートとソース間に発生する電圧の差を基に基準電圧を発生させることで、温度変化に対して電圧変動の少ない基準電圧を得ることが特徴であり、上記構成が実現できる回路構成であれば、どの様な回路構成でも良いことは言うまでも無い。

１００グラウンド端子
１１０第一の端子
１１１第二の端子
１１２第三の端子
１１３第四の端子

Claims

ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートとソースが電気的に接続された第一のデプレッショントランジスタと、
ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートが、所定の電圧が入力された第一の端子に接続され、ソースが第二の端子に接続された第二のデプレッショントランジスタと、
ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートとソースが電気的に接続された第三のデプレッショントランジスタと、
ドレインに電源端子の電圧に基づいた電圧が入力され、ゲートが、所定の電圧が入力された第三の端子に接続され、ソースが第四の端子に接続された第四のデプレッショントランジスタと、
前記第一のデプレッショントランジスタのソースにドレインとゲートが接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第一のエンハンスメントトランジスタと、
前記第二のデプレッショントランジスタのソースにドレインが接続され、ゲートが前記第一のエンハンスメントトランジスタのゲートに接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第二のエンハンスメントトランジスタと、
前記第三のデプレッショントランジスタのソースにドレインとゲートが接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第三のエンハンスメントトランジスタと、
前記第四のデプレッショントランジスタのソースにドレインが接続され、ゲートが前記第三のエンハンスメントトランジスタのゲートに接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第四のエンハンスメントトランジスタと、
前記第四のデプレッショントランジスタのソースにドレインが接続され、ゲートが前記第一のエンハンスメントトランジスタのゲートに接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第五のエンハンスメントトランジスタと、を備え、
前記第一の端子と前記第三の端子に所望の電圧が入力され、前記第一のデプレッショントランジスタに流れる電流を、前記第一のエンハンスメントトランジスタと前記第二のエンハンスメントトランジスタのアスペクト比に応じて所定の比率でコピーした第一の電流が前記第二のデプレッショントランジスタに流れ、
前記第一のデプレッショントランジスタに流れる電流を、前記第一のエンハンスメントトランジスタと前記第五のエンハンスメントトランジスタのアスペクト比に応じて所定の比率でコピーした第二の電流と、前記第三のデプレッショントランジスタに流れる電流を、前記第三のエンハンスメントトランジスタと前記第四のエンハンスメントトランジスタのアスペクト比に応じて所定の比率でコピーした第三の電流との和の電流が前記第四のデプレッショントランジスタに流れ、
前記第一の端子と前記第二の端子間に発生した電圧と、前記第三の端子と前記第四の端子間に発生した電圧との電圧差を所定倍した基準電圧を発生する基準電圧回路であって、
前記第一のデプレッショントランジスタと前記第二のデプレッショントランジスタのしきい値は、同じしきい値で構成され、前記第三のデプレッショントランジスタと前記第四のデプレッショントランジスタのしきい値は、同じしきい値で構成され、
前記第一のデプレッショントランジスタと第三のデプレッショントランジスタのしきい値が異なることを特徴とする基準電圧回路。
前記第二のデプレッショントランジスタのソースにドレインが接続され、ゲートが前記第三のエンハンスメントトランジスタのゲートに接続され、ソースがグラウンド端子に接続された第六のエンハンスメントトランジスタを備え、
前記第二のデプレッショントランジスタは、さらに、前記第三のデプレッショントランジスタに流れる電流を、前記第三のエンハンスメントトランジスタと前記第六のエンハンスメントトランジスタのアスペクト比に応じて所定の比率でコピーした第三の電流も流れることを特徴とする請求項１に記載の基準電圧回路。