JP2000122738A - 電流源回路および電圧発生回路 - Google Patents
電流源回路および電圧発生回路Info
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Abstract
ることができる電流源回路を提供する。 【解決手段】 本発明の電流源回路1は、電源電圧を供
給する電源配線と、負荷に電流を供給するトランジスタ
Q1〜Qnと、制御電圧信号発生回路と、制御電圧信号
をトランジスタQ1〜Qnのゲートに伝達する制御電圧
信号配線とを備える。トランジスタQ1〜Qnは、電源
配線と負荷との間に互いに並列に接続される。制御電圧
信号発生回路は、負荷の動作モード等の情報を受けて、
負荷で必要とされる電流に応じて制御電圧信号を発生す
る。
Description
用いて構成され、負荷に必要な電流を供給する電流源回
路に関するものである。
のいわゆる電流源回路として、トランジスタの特性を利
用した回路が一般に用いられている。
ンジスタによって構成された従来の技術の電流源回路1
00の回路構成を示す図である。
御電圧Vgが生成される内部ノードNと、電源電圧Vc
cを供給する配線31と、接地電圧Vssを供給する配
線32と、内部ノードNに接続されたゲートと配線31
に接続されたソースとを有し負荷電流ILを供給するp
チャネルトランジスタQ1とを備える。
接続されたソースと内部ノードNに接続されたゲートお
よびドレインとを有するpチャネルトランジスタQb
と、内部ノードNと配線32との間に直列に接続された
nチャネルトランジスタD1〜Dnとを備える。nチャ
ネルトランジスタD1〜Dnの各々のゲート端子とソー
ス端子とは短絡されている。
Nに発生する制御電圧Vgが負荷に対して電流ILを供
給するトランジスタQ1のゲートに印加されるため、負
荷電流ILは制御電圧Vgによって制御される。
を発生させる回路として、「MOS集積回路の基礎」
(原央編著,近代科学社)P74に記載される電源電圧
変換回路の中に用いられる基準電圧発生回路を示した。
Vgは、配線31と配線32との間に直列に接続された
トランジスタ列Qb,D1〜Dnによって決定される。
ドレイン端子とゲート端子とが短絡されており、配線3
1から配線32へ向かう方向を順方向とするダイオード
として機能している。
〜トランジスタD1〜Dn〜配線32の経路には常に電
流Ibが流れ、制御電圧Vgは、トランジスタD1〜D
nの特性によって決定される。例えば、トランジスタD
1〜Dnの電流駆動能力が等しい場合には、トランジス
タD1〜Dnのしきい値をVtnとすると、Vg=n×
Vtnであたえられる一定値となる。すなわち、負荷電
流を決定する制御電圧Vgは、内部ノードNと配線32
との間に接続されるトランジスタのしきい値の総和に相
当し、トランジスタD1〜Dnの電流駆動能力が同じ場
合には、個数nで一意に決定される。したがって、トラ
ンジスタ列の個数を調整することによって、負荷電流I
Lは制御される。
技術の電流源回路100においては、トランジスタ列Q
b,D1〜Dnに常に一定の電流Ibが流れており、制
御電圧Vgも一定値である。
よっては、負荷の動作モードに応じて必要な電流にオフ
ピークが存在する場合があるが、このような場合には、
図7に示した制御電圧V発生回路による電流源回路10
0では、有効な制御が行なえず、かつ上記の電流Ibに
ついても無駄な電力消費が生じてしまう。
は、制御電圧Vgの値は、直列接続するトランジスタ列
D1〜Dnのしきい値の倍数でしか設定することができ
ず、詳細な最適設定が困難であるという問題点があっ
た。
るためになされたもので、この発明の主な目的は、負荷
の動作に合わせて動的に負荷電流を制御することがで
き、かつ無駄な電力消費を低減することができる電流源
回路の構成を提供するものである。
路は、負荷に電流を供給する電流源回路であって、第1
の電源電圧を供給する第1の電源配線と、外部から負荷
の動作モードに応じて設定される制御信号を伝達する制
御信号配線と、第1の電源配線と負荷との間に設けら
れ、制御信号に応じて負荷に供給する電流量を制御する
負荷電流供給トランジスタとを備える。
を供給する電流源回路であって、第1の電源電圧を供給
する第1の電源配線と、負荷の動作モードに応じて設定
される制御信号を発生する制御信号発生手段と、制御電
圧信号を伝達する制御信号配線と、第1の電源配線と負
荷との間に設けられ、制御信号に応じて負荷に供給する
電流量を制御する負荷電流供給トランジスタとを備え
る。
いし2記載の電流源回路であって、負荷電流供給トラン
ジスタは、制御信号配線に接続された制御ノードと、第
1の電源配線と負荷との間に形成され制御ノードによっ
て電流量が制御される導通経路とを有する。
載の電流源回路であって、制御信号発生手段は、第1の
電源配線から第1の電源電圧を受けて、負荷の動作モー
ドに応じた設定電流量に相当する補助制御信号に変換す
る電圧変換手段と、負荷の動作モードの変化に応じてタ
イミング信号を発生するタイミング制御手段と、補助制
御信号とタイミング信号とを受けて制御信号を発生する
信号発生回路とを含む。
載の電流源回路であって、第1の電源電圧よりも低い第
2の電源電圧を供給する第2の電源配線をさらに備え、
制御信号発生手段は、制御信号が生成される内部ノード
と、負荷の動作モードの変化に対応してタイミング信号
を発生するタイミング制御手段と、内部ノードに接続さ
れた制御ノードと、第1の電源配線と内部ノードとの間
に形成され制御ノードによって電流量が制御される電流
経路とを含む制御トランジスタと、内部ノードと第2の
電源配線との間に並列に接続される、第1の抵抗器およ
び抵抗調整手段とを含み、抵抗調整手段は、第2の電源
配線に接続される第2の抵抗器と、内部ノードと第2の
抵抗器との間に接続され、タイミング信号に応じてオン
あるいはオフするスイッチ手段とを有する。
に応じた電圧を発生する電圧発生回路であって、第1の
電圧を供給する第1の電源配線と、第1の電圧よりも低
い第2の電圧を供給する第2の電源配線と、負荷に接続
される出力ノードと、基準電圧と出力ノードの電圧との
誤差を発生する誤差増幅手段と、誤差増幅手段の出力に
応じて出力ノードと第2の電源配線とを接続する放電手
段と、基準電圧に応じて設定される制御信号を発生する
制御信号発生手段と、第1の電源配線と誤差増幅手段と
の間に設けられ、制御信号に応じて誤差増幅手段に供給
する電流量を制御する第1の電流供給トランジスタと、
第1の電源配線と出力ノードとの間に設けられ、制御信
号に応じて負荷に供給する電流量を制御する第2の電流
供給トランジスタと、第1および第2の電流供給トラン
ジスタに制御信号を伝達する制御信号配線とを備え、制
御信号発生手段は、制御信号が生成される内部ノード
と、内部ノードに接続された制御ノードと、制御ノード
によって電流量が制御され第1の電源配線と内部ノード
との間に形成される電流経路とを含む制御トランジスタ
と、基準電圧の変化に応じてタイミング信号を発生する
タイミング制御手段と、内部ノードと第2の電源配線と
の間に並列に接続される、第1の抵抗器および抵抗調整
手段とを含み、抵抗調整手段は、第2の電源配線と接続
される第2の抵抗器と、内部ノードと第2の抵抗器との
間に接続されタイミング信号に応じてオンあるいはオフ
するスイッチ手段とを有する。
態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。
形態1の電流源回路1の構成を示す概略図である。
圧Vccを伝達する配線31と、並列接続されたpチャ
ネルトランジスタQ1〜Qnと、制御電圧信号Vgsを
発生する制御電圧信号発生回路10と、制御電圧信号V
gsを伝達する配線33とを備える。
ゲート端子には、配線33を介して制御電圧信号Vgs
が共通に伝達される。トランジスタQ1〜Qnは、制御
電圧信号Vgsに応じて負荷電流I1〜Inを負荷に供
給する。すなわち、この構成においては、所望の制御電
圧信号Vgsを与えることによって、電流源回路の出力
電流値が制御される。
的な構成の一例を示すブロック図である。
0は、電源電圧Vccを受けて電圧Vpに変換する電圧
変換回路11と、負荷の動作モード等の情報を受けて負
荷における所要電流量の変化に応じたタイミング信号S
tを生成するタイミング制御回路12と、電圧Vpとタ
イミング信号Stとを受けて制御電圧信号Vgsを発生
するVgs発生回路13とを備える。
おいて必要とされる電流量に応じて制御電圧信号を設定
することが特徴である。すなわち、電流源回路の負荷が
電流を常時必要としない場合には、電流が必要な期間
(モード)にのみ負荷電流I1〜Inを十分に供給する
制御電圧信号Vgsを与えることにより、制御電圧信号
Vgsを一定値に設定する従来の技術の構成の電流源回
路に比べて電力損失を低減することができる。
量が、たとえば負荷の動作モード等により時間的に変化
する場合には、各タイミングにおいて必要な負荷電流I
1〜Inが流れるように制御電圧信号Vgsを設定する
ことにより、制御電圧信号が一定である従来の技術の構
成の電流源回路に比べて無駄な消費電力を抑えることが
できる。
波形図である。図3を参照して、負荷の動作モード等の
情報を図2の電圧変換回路11およびタイミング制御回
路12に与え、これに応じた電圧変換(Vcc→Vp)
およびタイミング信号の生成を行なうことにより、負荷
における電流の必要量を考慮した制御電圧信号Vgsの
設定を行なうことができる。すなわち、制御電圧信号V
gsは、たとえば、電流源回路の負荷の動作モードの切
換わりに対応してパルス状あるいは三角波状の制御電圧
信号を生成させ、さらにその振幅を調整することによ
り、一定期間のみ負荷電流を増大させて負荷の動作に対
応させることが可能となる。
号発生回路10を、電流源回路1の構成要素として示し
たが、負荷の動作に合わせて作製する制御回路として外
部から制御電圧信号を与えることも可能である。また、
実施の形態1においては、並列に接続されたトランジス
タQ1〜Qnはpチャネルトランジスタで構成したが、
これに代えてnチャネルトランジスタで構成することも
同様な考え方の下で可能である。
ランジスタに共通の回路として示したが、この回路を複
数個設けることによって負荷電流I1〜Inをさらに詳
細に制御することももちろん可能である。
は、電流源回路に含まれる制御電圧信号発生回路のさら
に別の具体的な構成例について示す。
路2の構成を示す回路図である。電流源回路2は、電流
源回路1と比較して、制御電圧信号発生回路10の構成
が異なる。その他の構成および動作については実施の形
態1の電流源回路1と同様であるので説明は繰返さな
い。
0は、制御電圧信号を発生する内部ノードNと、電源電
圧Vccを供給する配線31と内部ノードNとの間に接
続され、ドレイン端子とゲート端子を短絡されたpチャ
ネルトランジスタQbと、接地電圧Vssを供給する配
線32と内部ノードNとの間に接続されるインピーダン
ス回路14とを含む。
れた抵抗Rb,R1〜Rnとを有する。抵抗R1〜Rn
と内部ノードNとの間にはそれぞれスイッチSW1〜S
Wnが設けられている。スイッチSW1〜SWnは、制
御回路15おいて、たとえば負荷の動作モード等を検出
して設定される制御信号(デジタル信号)によってオン
/オフされる。
ンピーダンス値は、デジタルの制御信号によって可変と
することができる。ここで、インピーダンス回路14の
インピーダンス値をZbとすると、すべてのスイッチを
オフにした場合にはZb=Rbとなり、スイッチをm個
(m≦n)オンさせると、インピーダンス値Zbは、抵
抗R1〜Rmを並列接続した抵抗値となる。このよう
に、スイッチのオン/オフの制御によってインピーダン
ス値Zbを可変とできる。
=Zb×Ib+Vssで表わされる。また、トランジス
タQbはダイオードとして動作しているので、トランジ
スタQbの動作点におけるQbを流れる電流Ibは、電
圧Vnに依存することとなる。これらより、制御電圧信
号Vgsの振幅に相当する内部ノードNの電圧Vnは、
インピーダンス回路14のインピーダンス値Zbの値に
よって変化させることが可能となる。
デジタル信号に基づいて変化させることができるため、
制御回路の設計をより容易に行うことができる。
つとして、実施の形態2で述べた電流源回路を用いて構
成される電圧発生回路について述べる。図5は、本発明
の実施の形態2の応用例の1つとして示される電圧発生
回路3の全体構成を示す回路図である。図5を参照し
て、電圧発生回路3は、カレントミラーアンプ30によ
って入力電圧Vinに応答する出力電圧Voutを負荷
容量Cに得るための回路である。
30を構成するpチャネルトランジスタQ11,Q12
およびnチャネルトランジスタQ21,Q22と、負荷
容量Cと、カレントミラーアンプ30の出力に応じて負
荷容量Cを放電するための放電トランジスタQ23とを
備える。
ーアンプ30および負荷容量Cに電流を供給するための
電流源回路2′を備える。
30に負荷電流を供給するためのトランジスタQ1と、
負荷容量Cに電流を供給するためのトランジスタQ2と
を含む。電流源回路2′は、さらに、制御電圧信号Vg
sを発生する制御電圧信号発生回路10を含む。トラン
ジスタQ1,Q2は、制御電圧信号Vgsをゲートに受
けて負荷電流を制御する。
2で述べたインピーダンス回路を含む構成となってお
り、制御電圧信号Vgsを発生する内部ノードNと、電
源電圧Vccを供給する配線31と内部ノードNとの間
に接続されたトランジスタQbと、内部ノードNと接地
電圧を供給する配線32との間に接続されるインピーダ
ンス回路を構成する抵抗Rb,Rcおよびトランジスタ
Qcとを有する。
ドNとの間に接続され、ゲートに制御パルス信号を受け
る。制御回路15は、入力電圧信号Vinを受けてVi
nの変化に応じた制御パルス信号を生成する。
〜4Vの矩形波を入力し、負荷容量Cは50pFとす
る。
Vinの立上がり時に負荷容量Cを充電するための電流
を必要とし、逆の放電時にはあまり電流を必要としない
ことから、制御回路15は、入力電圧信号Vinの立上
がりを検出して一定期間(10μS)の間トランジスタ
Qcをオフし、その他の期間はトランジスタQcをオン
するパルス信号を制御パルス信号として発生する。
ランジスタであるため、Vgsが小さいほどすなわちイ
ンピーダンス値Zbが大きいほど、負荷電流は大きくな
る。
間においては、トランジスタQcをオフとして、インピ
ーダンス値Zb=Rbと大きく設定し、反対に、負荷に
あまり電流を供給する必要がない期間においては、トラ
ンジスタQcをオンとして、インピーダンス値Zb=R
b・Rc/(Rb+Rc)と小さく設定する。
圧信号Vgsを負荷容量Cの充電時においては小さい値
とし、その他の期間においては大きい値となるパルス状
の信号とすることにより、負荷の動作モードに対応した
負荷電流を供給することができる。
gs発生回路を採用する電圧発生回路3における出力電
圧Voutの応答および全消費電流を、制御電圧信号発
生回路10に図6で示した従来の技術のものを適用した
電圧発生回路における場合と比較する。
outの応答と全消費電流とを示すものであり、図6
(a)は、電圧発生回路3のうち制御電圧信号発生回路
の構成に従来の技術(図7)を用いた場合の結果であ
り、図6(b)は図5に示した電圧発生回路3の回路構
成によって得られた結果である。
回路3においては、制御電圧信号を負荷の状態によって
切換えることにより電流が必要な期間における負荷電流
を十分確保することができ、出力電圧Voutの応答に
は大きな違いが見られないことがわかる。一方、全消費
電流については制御電圧信号Vgsを高く設定した期間
において確実に低減できており、この結果同様の制御応
答がより少ない消費電力によって得られていることがわ
かる。この応用例においては平均電流については110
μAから74μAに、約3割削減されている。
路3においては、トランジスタQ1〜Qnをpチャネル
トランジスタで構成したが、nチャネルトランジスタで
構成する場合においても同様な考え方に基づいて供給電
流の設定を動的に変化させ、同様の効果を得ることはも
ちろん可能である。
トランジスタとしてMOSトランジスタを用いる構成を
示したが、同様の概念の下で、バイポーラトランジスタ
を用いた回路構成とすることも可能である。
点で例示であって、制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
は、負荷の動作モードに対応させた制御電圧信号によっ
て供給電流を設定することができるので、無駄な電力損
失を抑制した上で、負荷に必要な電流を供給することが
できる。
号をディジタル信号によって変化させることができるの
で、請求項2記載の電流源回路が奏する効果に加えて、
制御回路の設計を容易に行なうことができる。
電圧の変化に応じて供給電流を設定することができる電
流源回路を含んでいるため、出力電圧の応答性を維持し
つつ、低消費電力化を図ることができる。
を示す概略図である。
ック図である。
る。
構成を示す回路図である。
生回路3の全体構成を示す回路図である。
とを比較するための図であり、図6(a)は、実施の形
態2に示した制御電圧信号発生回路の構成を適用した場
合の結果であり、図6(b)は、従来の技術の制御電圧
信号発生回路を適用した場合の結果である。
回路図である。
2 タイミング制御回路、13 Vgs発生回路、14
インピーダンス回路、30 カレントミラーアンプ、
31,32,33 配線。
Claims (6)
- 【請求項1】 負荷に電流を供給する電流源回路であっ
て、 第1の電源電圧を供給する第1の電源配線と、 外部から前記負荷の動作モードに応じて設定される制御
信号を伝達する制御信号配線と、 前記第1の電源配線と前記負荷との間に設けられ、前記
制御信号に応じて前記負荷に供給する電流量を制御する
負荷電流供給トランジスタとを備える、電流源回路。 - 【請求項2】 負荷に電流を供給する電流源回路であっ
て、 第1の電源電圧を供給する第1の電源配線と、 前記負荷の動作モードに応じて設定される制御信号を発
生する制御信号発生手段と、 前記制御電圧信号を伝達する制御信号配線と、 前記第1の電源配線と前記負荷との間に設けられ、前記
制御信号に応じて前記負荷に供給する電流量を制御する
負荷電流供給トランジスタとを備える、電流源回路。 - 【請求項3】 前記負荷電流供給トランジスタは、前記
制御信号配線に接続された制御ノードと、前記第1の電
源配線と前記負荷との間に形成され前記制御ノードによ
って電流量が制御される電流経路とを有する、請求項1
ないし2記載の電流源回路。 - 【請求項4】 前記制御信号発生手段は、 前記第1の電源配線から前記第1の電源電圧を受けて、
前記負荷の動作モードに応じた設定電流量に相当する補
助制御信号に変換する電圧変換手段と、 前記負荷の動作モードの変化に応じてタイミング信号を
発生するタイミング制御手段と、 前記補助制御信号と前記タイミング信号とを受けて前記
制御信号を発生する信号発生回路とを含む、請求項2記
載の電流源回路。 - 【請求項5】 前記第1の電源電圧よりも低い第2の電
源電圧を供給する第2の電源配線をさらに備え、 前記制御信号発生手段は、 前記制御信号が生成される内部ノードと、 前記負荷の動作モードの変化に対応してタイミング信号
を発生するタイミング制御手段と、 前記内部ノードに接続された制御ノードと、前記第1の
電源配線と前記内部ノードとの間に形成され前記制御ノ
ードによって電流量が制御される電流経路とを含む制御
トランジスタと、 前記内部ノードと前記第2の電源配線との間に並列に接
続される、第1の抵抗器および抵抗調整手段とを含み、 前記抵抗調整手段は、 前記第2の電源配線に接続される第2の抵抗器と、 前記内部ノードと前記第2の抵抗器との間に接続され、
前記タイミング信号に応じてオンあるいはオフするスイ
ッチ手段とを有する、請求項2記載の電流源回路。 - 【請求項6】 基準電圧に応じた電圧を発生する電圧発
生回路であって、 第1の電圧を供給する第1の電源配線と、 前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を供給する第2の
電源配線と、 負荷に接続される出力ノードと、 前記基準電圧と前記出力ノードの電圧との誤差を発生す
る誤差増幅手段と、 前記誤差増幅手段の出力に応じて前記出力ノードと前記
第2の電源配線とを接続する放電手段と、 前記基準電圧に応じて設定される制御信号を発生する制
御信号発生手段と、 前記第1の電源配線と前記誤差増幅手段との間に設けら
れ、前記制御信号に応じて前記誤差増幅手段に供給する
電流量を制御する第1の電流供給トランジスタと、 前記第1の電源配線と前記出力ノードとの間に設けら
れ、前記制御信号に応じて前記負荷に供給する電流量を
制御する第2の電流供給トランジスタと、 前記第1および第2の電流供給トランジスタに前記制御
信号を伝達する制御信号配線とを備え、 前記制御信号発生手段は、 前記制御信号が生成される内部ノードと、 前記内部ノードに接続された制御ノードと、前記制御ノ
ードによって電流量が制御され前記第1の電源配線と前
記内部ノードとの間に形成される電流経路とを含む制御
トランジスタと、 前記基準電圧の変化に応じてタイミング信号を発生する
タイミング制御手段と、 前記内部ノードと前記第2の電源配線との間に並列に接
続される、第1の抵抗器および抵抗調整手段とを含み、 前記抵抗調整手段は、 前記第2の電源配線に接続される第2の抵抗器と、 前記内部ノードと前記第2の抵抗器との間に接続され、
前記タイミング信号に応じてオンあるいはオフするスイ
ッチ手段とを有する、電圧発生回路。
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JP2007336753A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Rohm Co Ltd | 電源装置、レギュレータ回路、チャージポンプ回路およびそれらを用いた電子機器 |
JP2012185595A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Fujitsu Ltd | 電圧レギュレータ回路および半導体装置 |
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JP3859883B2 (ja) | 2006-12-20 |
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