JP2000330657A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2000330657A
JP2000330657A JP11135352A JP13535299A JP2000330657A JP 2000330657 A JP2000330657 A JP 2000330657A JP 11135352 A JP11135352 A JP 11135352A JP 13535299 A JP13535299 A JP 13535299A JP 2000330657 A JP2000330657 A JP 2000330657A
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JP
Japan
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mos transistor
source
current
drain
gate
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Fujiwara
孝司 藤原
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a current mirror circuit whose output dynamic range and output impedance is large without causing the remarkable increase of the scale and area of a circuit. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a first current source 6 whose one end is connected with Vcc, a first MOS transistor 12 whose drain and gate are connected with the other end of the first current source, a second MOS transistor 14 whose gate is connected with the gate of the first MOS transistor, and whose drain is connected with an output terminal 7, a third MOS transistor 11 whose source is connected with Vss, and whose drain is connected with the source of the first MOS transistor, a fourth MOS transistor 13 whose source is connected with Vss, and whose drain is connected with the source of the second MOS transistor, a fifth MOS transistor 15 whose source is connected with Vss, and whose drain and gate are connected with the gates of the third and fourth MOS transistors, and a second current source 10 whose one end is connected with Vcc, and whose other end is connected with the drain and gate of the fifth MOS transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タを使用した半導体装置に関し、特にMOSトランジス
タをカスコード接続してカレントミラー回路を形成した
半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a MOS transistor, and more particularly to a semiconductor device in which a MOS transistor is cascode-connected to form a current mirror circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】以前よりMOSトランジスタは、“0”
と“1”のディジタル信号を扱うディジタル回路に専ら
使用されている。一方、このようなMOSトランジスタ
においてアナログ回路を混在させ、またそのゲート長を
微細化して回路の高集積化を進めることが、近年強く要
求されている。ここで、こうしたMOSトランジスタで
形成した従来の半導体装置の一例を図5に示す。この半
導体装置は、ドレイン及びゲートが相互接続されたPM
OSトランジスタ21、22と電流源20を電源電位V
ccと接地電位Vss間に接続し、またそれぞれのゲー
トがPMOSトランジスタ21、22のゲートに接続さ
れたPMOSトランジスタ23、24を電源電位Vcc
と出力端子27間に接続して、カレントミラー回路を形
成したものである。すなわち図5に示すカレントミラー
回路は、微細なMOSトランジスタにて顕著となるチャ
ネル長変調効果の増大を考慮し、カスコード接続された
PMOSトランジスタ23、24の対を使用すること
で、出力端子27等での電圧変化に起因する電流量の変
動を抑え、出力インピーダンスの向上を図ったものであ
る。しかしながらこの場合、飽和領域で動作するPMO
Sトランジスタ23のドレイン、ソース間の電圧降下分
出力のダイナミックレンジが低下し、回路の低電圧動作
による低消費電力化を進めるうえで障害となる傾向があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a MOS transistor has been set to "0".
And "1" are used exclusively for digital circuits that handle digital signals. On the other hand, it has been strongly demanded in recent years to mix analog circuits in such MOS transistors and to reduce the gate length to promote high integration of the circuits. Here, an example of a conventional semiconductor device formed with such MOS transistors is shown in FIG. This semiconductor device has a drain and gate interconnected PM.
The OS transistors 21 and 22 and the current source 20 are connected to the power supply potential V.
cc and the ground potential Vss, and the PMOS transistors 23 and 24 whose respective gates are connected to the gates of the PMOS transistors 21 and 22 are connected to the power supply potential Vcc.
A current mirror circuit is formed by connecting the current mirror circuit and the output terminal 27. In other words, the current mirror circuit shown in FIG. 5 uses the pair of cascode-connected PMOS transistors 23 and 24 in consideration of the increase in the channel length modulation effect which is remarkable in a fine MOS transistor, and thereby allows the output terminal 27 and the like to be used. Thus, the variation in the amount of current due to the voltage change in the above is suppressed, and the output impedance is improved. However, in this case, the PMO operating in the saturation region
The output dynamic range is reduced by an amount corresponding to the voltage drop between the drain and the source of the S-transistor 23, which tends to be an obstacle in reducing the power consumption due to the low-voltage operation of the circuit.

【0003】これに対し、PMOSトランジスタ21、
22及びPMOSトランジスタ23、24の対のうち、
出力端子27側のPMOSトランジスタ22、24の対
のゲートに所定のバイアスを印加し、PMOSトランジ
スタ22、24の動作電圧を制御することで、PMOS
トランジスタ21、23のドレイン、ソース間での電圧
降下を低減し、ひいては出力のダイナミックレンジを向
上させる技術が、例えばUSP4,983,929号等
に開示されている。ここで図6に、このようにカレント
ミラー回路に対するバイアス回路を設けた従来の半導体
装置の回路図を示す。図6中、ドレイン及びゲートが相
互接続されたPMOSトランジスタ25と電流源26が
カレントミラー回路に対するバイアス回路である。これ
らPMOSトランジスタ25及び電流源26は、電源電
位Vccと接地電位Vss間に接続され、PMOSトラ
ンジスタ25のドレイン及びゲートが、カレントミラー
回路中出力端子27側のPMOSトランジスタ22、2
4の対のゲートに接続される。この半導体装置では、2
つの電流源20、26の電流量を等しくした場合、バイ
アス回路におけるPMOSトランジスタ25のチャネル
幅と長さの比W/Lを、カレントミラー回路を形成する
PMOSトランジスタ21〜24のチャネル幅と長さの
比W/Lより小さく設定することで、PMOSトランジ
スタ21、23のドレイン、ソース間電圧を適切な値と
することができ、結果的に出力のダイナミックレンジが
向上する。
On the other hand, a PMOS transistor 21,
22 and a pair of PMOS transistors 23 and 24,
By applying a predetermined bias to the pair of gates of the PMOS transistors 22 and 24 on the output terminal 27 side and controlling the operating voltages of the PMOS transistors 22 and 24,
A technology for reducing the voltage drop between the drain and the source of the transistors 21 and 23 and thereby improving the dynamic range of the output is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,983,929. FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional semiconductor device provided with a bias circuit for a current mirror circuit as described above. In FIG. 6, a PMOS transistor 25 having a drain and a gate interconnected and a current source 26 constitute a bias circuit for a current mirror circuit. The PMOS transistor 25 and the current source 26 are connected between the power supply potential Vcc and the ground potential Vss, and the drain and the gate of the PMOS transistor 25 are connected to the PMOS transistors 22, 2 on the output terminal 27 side in the current mirror circuit.
4 pairs of gates. In this semiconductor device, 2
When the current amounts of the two current sources 20 and 26 are equal, the ratio W / L of the channel width and length of the PMOS transistor 25 in the bias circuit is determined by the channel width and length of the PMOS transistors 21 to 24 forming the current mirror circuit. , The drain-source voltage of the PMOS transistors 21 and 23 can be set to an appropriate value, and as a result, the output dynamic range is improved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、図6に
示される従来の半導体装置においては、バイアス回路及
びカレントミラー回路を形成するMOSトランジスタの
チャネル幅と長さの比W/Lの関係を適正化し、カレン
トミラー回路中のMOSトランジスタの動作領域を制御
することで、このMOSトランジスタにおけるドレイ
ン、ソース間での電圧降下を抑え、大きな出力のダイナ
ミックレンジを得ることが可能となる。しかしながら、
MOSトランジスタのドレイン、ソース間電圧を適切な
値とするためには、MOSトランジスタのチャネル幅と
長さの比W/Lを、カレントミラー回路側でバイアス回
路側の4倍以上程度に設定する必要があり、著しい回路
規模の増大を招くという問題がある。従って、本発明は
このような問題に鑑み、さほど回路規模を大面積化する
ことなく、出力のダイナミックレンジ及び出力インピー
ダンスの大きいカレントミラー回路を実現することを目
的とする。
As described above, in the conventional semiconductor device shown in FIG. 6, the relationship between the channel width and length ratio W / L of the MOS transistors forming the bias circuit and the current mirror circuit. By controlling the operating region of the MOS transistor in the current mirror circuit, a voltage drop between the drain and the source of the MOS transistor can be suppressed, and a large output dynamic range can be obtained. However,
In order to set the voltage between the drain and the source of the MOS transistor to an appropriate value, the ratio W / L of the channel width and the length of the MOS transistor needs to be set to about four times or more on the current mirror circuit side and the bias circuit side. However, there is a problem that the circuit scale is significantly increased. Accordingly, an object of the present invention is to realize a current mirror circuit having a large output dynamic range and a large output impedance without increasing the circuit size so much in view of such a problem.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、一端が第1の電位供給ノードに接
続された第1の電流源と、ドレイン及びゲートが前記第
1の電流源の他端に接続された第1のMOSトランジス
タと、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲート
に接続されるとともに、ドレインが出力端子に接続され
た第2のMOSトランジスタと、ソースが第2の電位供
給ノードに接続されるとともに、ドレインが前記第1の
MOSトランジスタのソースに接続された第3のMOS
トランジスタと、ソースが前記第2の電位供給ノードに
接続されるとともに、ドレインが前記第2のMOSトラ
ンジスタのソースに接続された第4のMOSトランジス
タと、前記第3及び第4のMOSトランジスタのゲート
に接続され、前記第3及び第4のMOSトランジスタを
線形領域で動作させるバイアス回路とを具備した半導体
装置である。すなわち本発明の半導体装置は、カスコー
ド接続されたMOSトランジスタを使用したカレントミ
ラー回路に対し、出力端子から遠いMOSトランジスタ
対のゲートにバイアス回路を接続したことを特徴として
いる。このような本発明によれば、例えば回路中のMO
Sトランジスタのチャネル幅と長さの比W/Lをさほど
異ならせなくても、バイアス回路が接続されたMOSト
ランジスタを線形領域で動作させて、そのドレイン、ソ
ース間電圧を十分に下げることが可能となる。従って、
著しい回路規模の増大を招くことなく、出力のダイナミ
ックレンジを向上することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first current source having one end connected to a first potential supply node, and a drain and a gate connected to the first current source. A first MOS transistor connected to the other end of the source, a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor, a drain connected to the output terminal, and a source connected to the second MOS transistor. And a drain connected to the potential supply node of the third MOS transistor and a source connected to the source of the first MOS transistor.
A transistor, a fourth MOS transistor having a source connected to the second potential supply node and a drain connected to the source of the second MOS transistor, and gates of the third and fourth MOS transistors And a bias circuit for operating the third and fourth MOS transistors in a linear region. That is, the semiconductor device of the present invention is characterized in that a bias circuit is connected to the gates of a pair of MOS transistors far from the output terminal in a current mirror circuit using cascode-connected MOS transistors. According to the present invention, for example, the MO in the circuit
Even if the ratio W / L between the channel width and the length of the S transistor is not made so different, it is possible to operate the MOS transistor connected to the bias circuit in a linear region and sufficiently reduce the drain-source voltage thereof. Becomes Therefore,
The dynamic range of the output can be improved without significantly increasing the circuit scale.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら詳細に説明する。まず図1は、本発明の第
1実施形態の半導体装置を示すものであり、この例では
PMOSトランジスタを使用して、カレントミラー回路
及びバイアス回路を形成している。すなわち、ドレイン
及びゲートが相互接続されたPMOSトランジスタ1、
2と電流源6を電源電位Vccと接地電位Vss間に接
続し、またそれぞれのゲートがPMOSトランジスタ
1、2のゲートに接続されたPMOSトランジスタ3、
4を電源電位Vccと出力端子7間に接続して、カレン
トミラー回路8が形成されている。また、こうしてカス
コード接続されたPMOSトランジスタ1〜4のチャネ
ル幅と長さの比W/Lはすべて略同一であり、特に電源
電位Vcc側のPMOSトランジスタ1、3のゲートに
は、バイアス回路9が接続されている。ここでのバイア
ス回路9は、カレントミラー回路8中のPMOSトラン
ジスタ1、3に所定のゲート電圧を供給し、線形領域で
動作させる。またこれらPMOSトランジスタ1、3
は、上述した通りそれぞれPMOSトランジスタ2、4
とカスコード接続され、かつすべてのPMOSトランジ
スタ1〜4は、そのチャネル幅と長さの比W/Lが略同
一となっている。この結果、PMOSトランジスタ1、
3におけるドレイン、ソース間電圧は互いに略等しく、
また十分小さい値となる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In this example, a current mirror circuit and a bias circuit are formed using PMOS transistors. That is, the PMOS transistor 1 whose drain and gate are interconnected,
2 and the current source 6 are connected between the power supply potential Vcc and the ground potential Vss, and the respective gates of the PMOS transistors 1 and 2 are connected to the gates of the PMOS transistors 1 and 2,
4 is connected between the power supply potential Vcc and the output terminal 7 to form a current mirror circuit 8. In addition, the ratios W / L of the channel widths and the lengths of the PMOS transistors 1 to 4 cascode-connected in this way are all substantially the same. It is connected. The bias circuit 9 supplies a predetermined gate voltage to the PMOS transistors 1 and 3 in the current mirror circuit 8 and operates in a linear region. These PMOS transistors 1, 3
Are PMOS transistors 2, 4 as described above, respectively.
And all the PMOS transistors 1 to 4 have substantially the same channel width to length ratio W / L. As a result, the PMOS transistor 1,
3, the voltage between the drain and the source is substantially equal to each other,
In addition, the value is sufficiently small.

【0007】従って、入力側でカスコード接続されたP
MOSトランジスタ1、2に流れる電流が、出力側でカ
スコード接続されたPMOSトランジスタ3、4に精度
よく折り返され、出力端子7からは大きな出力のダイナ
ミックレンジが得られる。しかも、こうしてカスコード
接続されたPMOSトランジスタ1〜4の対を使用する
ことで、PMOSトランジスタ3、4は出力端子7の電
圧変化の影響をほとんど受けず、電圧依存性の小さいド
レイン電流を生成するので、結果的に出力インピーダン
スの大きいカレントミラー回路を形成することができ
る。次に、本発明の第1実施形態の半導体装置の具体的
回路構成を図2に示す。すなわち図1中のバイアス回路
9は、ドレイン及びゲートが相互接続されたPMOSト
ランジスタ5と電流源10からなり、これらが電源電位
Vccと接地電位Vss間に接続される。PMOSトラ
ンジスタ5のドレイン及びゲートと電流源10との接続
点が、カレントミラー回路8中のPMOSトランジスタ
1、3の対のゲートに接続され、カレントミラー回路8
に対するバイアスを供給する。ここで、バイアス回路9
が接続されたカレントミラー回路8中のPMOSトラン
ジスタ1、3の対を線形領域で動作させるためには、例
えばカレントミラー回路8の電流源6とバイアス回路9
の電流源10の電流量を略等しくしたうえで、バイアス
回路9におけるPMOSトランジスタ5について、その
チャネル幅と長さの比W/Lがカレントミラー回路8側
のPMOSトランジスタ1〜4より小さくなるように形
成すればよい。あるいは、すべてのPMOSトランジス
タ1〜5のチャネル幅と長さの比W/Lを略同一とし
て、バイアス回路9における電流源10の電流量をカレ
ントミラー回路8中の電流源6の電流量よりも大きく設
定してもよく、さらにはカレントミラー回路8に対しバ
イアス回路9側で、PMOSトランジスタ5のチャネル
幅と長さの比W/Lを小さく、かつ電流源10の電流量
を大きくすることも可能である。
Therefore, the cascode-connected P on the input side
The current flowing through the MOS transistors 1 and 2 is accurately turned back to the PMOS transistors 3 and 4 cascode-connected on the output side, and a large output dynamic range is obtained from the output terminal 7. In addition, by using the pair of the cascode-connected PMOS transistors 1 to 4, the PMOS transistors 3 and 4 are hardly affected by the voltage change of the output terminal 7 and generate a drain current with small voltage dependency. As a result, a current mirror circuit having a large output impedance can be formed. Next, FIG. 2 shows a specific circuit configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. That is, the bias circuit 9 in FIG. 1 comprises a PMOS transistor 5 and a current source 10 having a drain and a gate interconnected, and these are connected between the power supply potential Vcc and the ground potential Vss. A connection point between the drain and gate of the PMOS transistor 5 and the current source 10 is connected to a pair of gates of the PMOS transistors 1 and 3 in the current mirror circuit 8, and the current mirror circuit 8
Supply a bias to Here, the bias circuit 9
To operate the pair of the PMOS transistors 1 and 3 in the current mirror circuit 8 to which the current source 6 and the bias circuit 9 of the current mirror circuit 8 are connected in a linear region, for example,
Of the PMOS transistor 5 in the bias circuit 9 so that the ratio W / L of the channel width to the length of the PMOS transistor 5 in the bias circuit 9 is smaller than that of the PMOS transistors 1-4 in the current mirror circuit 8. What is necessary is just to form. Alternatively, assuming that the ratio W / L of the channel width and length of all the PMOS transistors 1 to 5 is substantially the same, the current amount of the current source 10 in the bias circuit 9 is made smaller than the current amount of the current source 6 in the current mirror circuit 8. The ratio W / L of the channel width and the length of the PMOS transistor 5 may be reduced and the current amount of the current source 10 may be increased on the bias circuit 9 side with respect to the current mirror circuit 8. It is possible.

【0008】すなわち、上述したようなバイアス回路9
をPMOSトランジスタ1のゲートに接続することで、
このPMOSトランジスタ1とバイアス回路9における
PMOSトランジスタ5とは対をなすことになる。ここ
で、仮にPMOSトランジスタ1が飽和領域で動作した
場合、カレントミラー回路8の電流源6が流す電流量I
より大きなドレイン電流がPMOSトランジスタ1で得
られるはずである。しかしながら、図2に示される回路
構成においては、PMOSトランジスタ1からPMOS
トランジスタ2を介して電流源6に電流が流れるので、
実際にはPMOSトランジスタ1は線形領域で動作し、
そのドレイン電流が電流源6の電流量Iと実質的に等し
くなるようなドレイン電圧に自己バイアスされる。こう
して、バイアス回路9がゲートに接続されたPMOSト
ランジスタ1と、さらにこのPMOSトランジスタ1と
カレントミラー回路8中で対をなすPMOSトランジス
タは、いずれも線形領域で動作するように制御され、こ
れらPMOSトランジスタ1、3におけるドレイン、ソ
ース間電圧を十分小さくすることができる。なおここ
で、回路中の2つの電流源6、10の電流量を等しくし
た場合には、カレントミラー回路8のPMOSトランジ
スタ1〜4のチャネル幅と長さの比W/Lは、バイアス
回路9中のMOSトランジスタ5のチャネル幅と長さの
比W/Lの1.2倍以上3倍以下であることが望まし
い。また、すべてのPMOSトランジスタ1〜5のチャ
ネル幅と長さの比W/Lが同一であるとき、バイアス回
路9における電流源10の好ましい電流量は、カレント
ミラー回路8中の電流源6の電流量の1.2倍以上3倍
以下である。すなわち、いずれの場合も1.2倍未満で
は、バイアス回路9を設けたことによる出力のダイナミ
ックレンジの向上が小さく、3倍を超えると回路面積の
増大を招くことになり、また出力インピーダンスが低下
する傾向がある。
That is, the bias circuit 9 described above
Is connected to the gate of the PMOS transistor 1,
The PMOS transistor 1 and the PMOS transistor 5 in the bias circuit 9 form a pair. Here, if the PMOS transistor 1 operates in the saturation region, the amount of current I flowing from the current source 6 of the current mirror circuit 8
A larger drain current should be obtained with PMOS transistor 1. However, in the circuit configuration shown in FIG.
Since a current flows to the current source 6 via the transistor 2,
Actually, the PMOS transistor 1 operates in the linear region,
The drain current is self-biased to a drain voltage that is substantially equal to the current amount I of the current source 6. In this way, the PMOS transistor 1 having the gate connected to the bias circuit 9 and the PMOS transistor paired with the PMOS transistor 1 in the current mirror circuit 8 are all controlled to operate in the linear region. The voltage between drain and source in 1 and 3 can be sufficiently reduced. Here, when the current amounts of the two current sources 6 and 10 in the circuit are made equal, the ratio W / L of the channel width and the length of the PMOS transistors 1 to 4 of the current mirror circuit 8 becomes the bias circuit 9 It is desirable that the ratio is not less than 1.2 times and not more than 3 times the ratio W / L of the channel width and the length of the middle MOS transistor 5. When the ratio W / L of the channel width to the length of all the PMOS transistors 1 to 5 is the same, the preferable current amount of the current source 10 in the bias circuit 9 is the current amount of the current source 6 in the current mirror circuit 8. It is 1.2 times or more and 3 times or less of the amount. That is, in any case, if less than 1.2 times, the improvement of the dynamic range of the output due to the provision of the bias circuit 9 is small, and if more than three times, the circuit area increases, and the output impedance decreases. Tend to.

【0009】さらに、本発明の第2実施形態の半導体装
置を図3に示す。この半導体装置は、第1実施形態の半
導体装置における各PMOSトランジスタを、それぞれ
NMOSトランジスタ11〜15に置き換えたものであ
り、図2に示される半導体装置と同じ部分には同一の符
号を付し、詳しい説明は省略する。この半導体装置にお
いても、バイアス回路9がカレントミラー回路8中のN
MOSトランジスタ11、13を線形領域で動作させ、
これらNMOSトランジスタ11、13のドレイン、ソ
ース間での電圧降下を抑え、出力端子7から大きな出力
のダイナミックレンジが得られる。また、カスコード接
続されたNMOSトランジスタ11〜14の対を使用す
ることで、第1実施形態の場合と同様出力インピーダン
スの大きいカレントミラー回路を形成することができ
る。図3に示される半導体装置において、NMOSトラ
ンジスタ11〜15のチャネル幅と長さの比W/Lや、
カレントミラー回路8及びバイアス回路9における電流
源6、10の電流量に関する最適条件は、図2の場合と
全く同様である。ここで図4は、この第2実施形態の半
導体装置に関し、カレントミラー回路8及びバイアス回
路9における電流源6、10の電流量に関する最適条件
をシミュレーションしたものである。すなわち図4は、
回路中のすべてのNMOSトランジスタ11〜15につ
いて、チャネル幅と長さの比W/Lを等しく形成したう
えで、カレントミラー回路8中の電流源6の電流量Iに
対するバイアス回路9側の電流源10の電流量I’の比
I’/Iを変えたときの、NMOSトランジスタ11、
13のドレイン、ソース間電圧Vdsを示している。
FIG. 3 shows a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In this semiconductor device, each PMOS transistor in the semiconductor device of the first embodiment is replaced with NMOS transistors 11 to 15, respectively, and the same parts as those of the semiconductor device shown in FIG. Detailed description is omitted. Also in this semiconductor device, the bias circuit 9 is connected to the N
Operating the MOS transistors 11 and 13 in the linear region,
The voltage drop between the drain and the source of the NMOS transistors 11 and 13 is suppressed, and a large output dynamic range can be obtained from the output terminal 7. By using a pair of cascode-connected NMOS transistors 11 to 14, a current mirror circuit having a large output impedance can be formed as in the case of the first embodiment. In the semiconductor device shown in FIG. 3, the ratio W / L of channel width to length of NMOS transistors 11 to 15 and
The optimum conditions for the current amounts of the current sources 6 and 10 in the current mirror circuit 8 and the bias circuit 9 are exactly the same as those in FIG. Here, FIG. 4 shows a simulation of the semiconductor device of the second embodiment under the optimum conditions regarding the current amount of the current sources 6 and 10 in the current mirror circuit 8 and the bias circuit 9. That is, FIG.
For all the NMOS transistors 11 to 15 in the circuit, the ratio W / L of the channel width to the length is formed equal, and the current source on the bias circuit 9 side with respect to the current amount I of the current source 6 in the current mirror circuit 8 10 when the ratio I ′ / I of the current amount I ′ of FIG.
13 shows a drain-source voltage Vds.

【0010】図中電流源6、10の電流量比I’/Iが
1の場合には、カレントミラー回路8及びバイアス回路
9における電流源6、10からそれぞれ同一の電流量が
供給されるので、図3に示されるNMOSトランジスタ
11が飽和領域で動作したときのドレイン電流の量と、
カレントミラー回路8の電流源6が流す電流量Iが互い
に等しい。この結果、NMOSトランジスタ11及びこ
れとカレントミラー回路8中で対をなすNMOSトラン
ジスタ13は、大きなドレイン、ソース間電圧Vdsが
生じる飽和領域で動作することになり、得られる出力の
ダイナミックレンジは、バイアス回路の設けられていな
い図5に示した従来の半導体装置と同等となる。一方、
カレントミラー回路8中の電流源6の電流量Iに対する
バイアス回路9側の電流源10の電流量I’の比I’/
Iを増大させていくと、図示される通り電流源6、10
の電流量比I’/Iが1.1程度で、ドレイン、ソース
間電圧Vdsは著しく低減している。従って、回路の製
造ばらつきに対するマージンを考慮すると、電流源6、
10の電流量比I’/Iとしては1.2倍以上程度が好
ましいことが判る。また、電流源6、10の電流量比
I’/Iが3倍を超えた過度に大きい範囲では、ドレイ
ン、ソース間電圧Vdsの減少はごく僅かであり、不必
要な回路面積の増大を招来することが明らかである。
In the figure, when the current amount ratio I '/ I of the current sources 6 and 10 is 1, the same current amount is supplied from the current sources 6 and 10 in the current mirror circuit 8 and the bias circuit 9, respectively. The amount of drain current when the NMOS transistor 11 shown in FIG. 3 operates in the saturation region;
The current amounts I flowing from the current sources 6 of the current mirror circuit 8 are equal to each other. As a result, the NMOS transistor 11 and the NMOS transistor 13 forming a pair in the current mirror circuit 8 operate in a saturation region where a large drain-source voltage Vds occurs, and the obtained output dynamic range is biased. This is equivalent to the conventional semiconductor device shown in FIG. 5 having no circuit. on the other hand,
The ratio I '/ of the current amount I' of the current source 10 in the bias circuit 9 to the current amount I of the current source 6 in the current mirror circuit 8
As I is increased, the current sources 6, 10
Is about 1.1, the drain-source voltage Vds is significantly reduced. Therefore, considering the margin for the manufacturing variation of the circuit, the current source 6,
It can be seen that the current ratio I ′ / I of 10 is preferably about 1.2 times or more. In addition, when the current amount ratio I ′ / I of the current sources 6 and 10 exceeds 3 times and is in an excessively large range, the voltage Vds between the drain and the source decreases very little, causing an unnecessary increase in circuit area. It is clear that

【0011】さらにここでは、カレントミラー回路8中
の電流源6とバイアス回路9側の電流源10の電流量に
関する最適条件を特に示したが、これら2つの電流源
6、10の電流量を等しくした場合、カレントミラー回
路8及びバイアス回路9におけるNMOSトランジスタ
11〜15のチャネル幅と長さの比W/Lについて、バ
イアス回路9に対するカレントミラー回路9側のW/L
の比とドレイン、ソース間電圧Vdsの間に、これと同
じ関係が成立する。またこうした関係は、PMOSトラ
ンジスタを使用した図2に示される半導体装置において
も、全く同様に適用されることは勿論である。なお、本
発明におけるバイアス回路としては、カレントミラー回
路中の所定のMOSトランジスタを線形領域で動作させ
ることが可能であればよく、図2、図3に示したものに
特に限定されない。例えば、バイアス回路中のMOSト
ランジスタに代えて抵抗素子を用いてもよく、その他本
発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施する
ことができる。
Further, here, the optimum conditions regarding the current amount of the current source 6 in the current mirror circuit 8 and the current amount of the current source 10 on the bias circuit 9 side are particularly shown. In this case, the ratio W / L of the channel width and the length of the NMOS transistors 11 to 15 in the current mirror circuit 8 and the bias circuit 9 is determined based on the ratio W / L of the current mirror circuit 9 to the bias circuit 9.
, And the same relationship holds between the drain-source voltage Vds. Further, such a relationship is naturally applied to the semiconductor device shown in FIG. 2 using the PMOS transistor in the same manner. The bias circuit according to the present invention is not particularly limited to those shown in FIGS. 2 and 3 as long as a predetermined MOS transistor in the current mirror circuit can operate in a linear region. For example, a resistance element may be used in place of the MOS transistor in the bias circuit, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、著
しい回路規模の大面積化を招くことなく、出力のダイナ
ミックレンジ及び出力インピーダンスの大きいカレント
ミラー回路を提供することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a current mirror circuit having a large output dynamic range and a large output impedance without significantly increasing the circuit scale.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の半導体装置を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態の半導体装置の具体的回
路構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific circuit configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2実施形態の半導体装置を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】カレントミラー回路及びバイアス回路における
電流源の電流量に関する最適条件を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining an optimum condition regarding a current amount of a current source in a current mirror circuit and a bias circuit.

【図5】従来の半導体装置の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a conventional semiconductor device.

【図6】カレントミラー回路に対するバイアス回路を設
けた従来の半導体装置を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional semiconductor device provided with a bias circuit for a current mirror circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜5・・PMOSトランジスタ、6、10・・電流
源、7・・出力端子、8・・カレントミラー回路、9・
・バイアス回路、11〜15・・NMOSトランジスタ
1-5 PMOS transistor, 6, 10 current source, 7 output terminal, 8 current mirror circuit, 9
.Bias circuits, 11-15..NMOS transistors

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H420 NB03 NB12 NB25 NB36 5J091 AA01 AA43 CA32 CA73 CA92 FA16 HA10 HA16 HA25 KA05 KA09 KA12 MA17 MA21 TA02 5J092 AA01 AA43 CA32 CA73 CA92 FA16 HA10 HA16 HA25 KA05 KA09 KA12 MA17 MA21 TA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 5H420 NB03 NB12 NB25 NB36 5J091 AA01 AA43 CA32 CA73 CA92 FA16 HA10 HA16 HA25 KA05 KA09 KA12 MA17 MA21 TA02 5J092 AA01 AA43 CA32 CA73 CA92 FA16 HA10 HA16 HA25 KA05 MA21

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端が第1の電位供給ノードに接続された
第1の電流源と、 ドレイン及びゲートが前記第1の電流源の他端に接続さ
れた第1のMOSトランジスタと、 ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続
されるとともに、ドレインが出力端子に接続された第2
のMOSトランジスタと、 ソースが第2の電位供給ノードに接続されるとともに、
ドレインが前記第1のMOSトランジスタのソースに接
続された第3のMOSトランジスタと、 ソースが前記第2の電位供給ノードに接続されるととも
に、ドレインが前記第2のMOSトランジスタのソース
に接続された第4のMOSトランジスタと、 前記第3及び第4のMOSトランジスタのゲートに接続
され、前記第3及び第4のMOSトランジスタを線形領
域で動作させるバイアス回路とを具備したことを特徴と
する半導体装置。
A first current source having one end connected to a first potential supply node; a first MOS transistor having a drain and a gate connected to the other end of the first current source; A second MOS transistor connected to a gate of the first MOS transistor and having a drain connected to an output terminal;
And a source connected to the second potential supply node,
A third MOS transistor having a drain connected to the source of the first MOS transistor; a source connected to the second potential supply node; and a drain connected to the source of the second MOS transistor. A semiconductor device comprising: a fourth MOS transistor; and a bias circuit connected to the gates of the third and fourth MOS transistors and operating the third and fourth MOS transistors in a linear region. .
【請求項2】前記バイアス回路は、一端が前記第1の電
位供給ノードに接続された第2の電流源と、ソースが前
記第2の電位供給ノードに接続されるとともに、ドレイ
ン及びゲートが前記第2の電流源の他端に接続された第
5のMOSトランジスタとからなり、前記バイアス回路
における前記第5のMOSトランジスタのゲートが前記
第3及び第4のMOSトランジスタのゲートに接続され
たことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. A bias circuit comprising: a second current source having one end connected to the first potential supply node; a source connected to the second potential supply node; and a drain and a gate connected to the second potential source. A fifth MOS transistor connected to the other end of the second current source, wherein a gate of the fifth MOS transistor in the bias circuit is connected to gates of the third and fourth MOS transistors. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】一端が第1の電位供給ノードに接続された
第1の電流源と、 ドレイン及びゲートが前記第1の電流源の他端に接続さ
れた第1のMOSトランジスタと、 ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続
されるとともに、ドレインが出力端子に接続された第2
のMOSトランジスタと、 ソースが第2の電位供給ノードに接続されるとともに、
ドレインが前記第1のMOSトランジスタのソースに接
続された第3のMOSトランジスタと、 ソースが前記第2の電位供給ノードに接続されるととも
に、ドレインが前記第2のMOSトランジスタのソース
に接続された第4のMOSトランジスタと、 ソースが前記第2の電位供給ノードに接続されるととも
に、ドレイン及びゲートが前記第3及び第4のMOSト
ランジスタのゲートに接続された第5のMOSトランジ
スタと、 一端が前記第1の電位供給ノードに接続されるととも
に、他端が前記第5のMOSトランジスタのドレイン及
びゲートに接続された第2の電流源とを具備したことを
特徴とする半導体装置。
3. A first current source having one end connected to a first potential supply node; a first MOS transistor having a drain and a gate connected to the other end of the first current source; A second MOS transistor connected to a gate of the first MOS transistor and having a drain connected to an output terminal;
And a source connected to the second potential supply node,
A third MOS transistor having a drain connected to the source of the first MOS transistor; a source connected to the second potential supply node; and a drain connected to the source of the second MOS transistor. A fourth MOS transistor, a fifth MOS transistor having a source connected to the second potential supply node, a drain and a gate connected to the gates of the third and fourth MOS transistors, and one end. A second current source connected to the first potential supply node and having the other end connected to a drain and a gate of the fifth MOS transistor.
【請求項4】前記第1の電流源の電流量と前記第2の電
流源の電流量とが実質的に同一であり、前記第1乃至第
4のMOSトランジスタのチャネル幅と長さの比W/L
が互いに実質的に同一で、かつ前記第5のMOSトラン
ジスタのチャネル幅と長さの比W/Lよりも大きいこと
を特徴とする請求項2または請求項3記載の半導体装
置。
4. The ratio of the channel width to the length of the first to fourth MOS transistors, wherein the current amount of the first current source and the current amount of the second current source are substantially the same. W / L
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first and second MOS transistors are substantially equal to each other, and are larger than a ratio W / L of a channel width and a length of the fifth MOS transistor.
【請求項5】前記第1乃至第4のMOSトランジスタの
チャネル幅と長さの比W/Lが、前記第5のMOSトラ
ンジスタのチャネル幅と長さの比W/Lの1.2倍以上
3倍以下に設定されていることを特徴とする請求項4記
載の半導体装置。
5. The ratio W / L of channel width and length of said first to fourth MOS transistors is at least 1.2 times the ratio W / L of channel width and length of said fifth MOS transistor. 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the value is set to three times or less.
【請求項6】前記第1乃至第5のMOSトランジスタの
チャネル幅と長さの比W/Lが互いに実質的に同一であ
り、前記第2の電流源の電流量が前記第1の電流源の電
流量よりも大きいことを特徴とする請求項2または請求
項3記載の半導体装置。
6. The first to fifth MOS transistors have substantially the same channel width / length ratio W / L, and the second current source has a current amount of the first current source. 4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the current amount is larger than the current amount.
【請求項7】前記第2の電流源の電流量が、前記第1の
電流源の電流量の1.2倍以上3倍以下に設定されてい
ることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
7. The semiconductor according to claim 6, wherein a current amount of said second current source is set to be 1.2 times or more and 3 times or less of a current amount of said first current source. apparatus.
【請求項8】前記第1の電流源及び前記第1乃至第4の
MOSトランジスタがカレントミラー回路を形成してい
ることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1
項に記載の半導体装置。
8. The device according to claim 1, wherein said first current source and said first to fourth MOS transistors form a current mirror circuit.
13. The semiconductor device according to item 9.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007226627A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 Seiko Instruments Inc Voltage regulator
JP2009301340A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Oki Semiconductor Co Ltd Current mirror circuit
CN102999081A (en) * 2011-09-16 2013-03-27 上海华虹Nec电子有限公司 Current mirror circuit
US8648585B2 (en) 2007-10-02 2014-02-11 Elpida Memory, Inc. Circuit including first and second transistors coupled between an outpout terminal and a power supply
JP2018014577A (en) * 2016-07-20 2018-01-25 新日本無線株式会社 Load current detection circuit
CN108319324A (en) * 2018-03-23 2018-07-24 上海唯捷创芯电子技术有限公司 A kind of current mirroring circuit that power supply noise is non-sensitive, chip and communication terminal

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007226627A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 Seiko Instruments Inc Voltage regulator
US8648585B2 (en) 2007-10-02 2014-02-11 Elpida Memory, Inc. Circuit including first and second transistors coupled between an outpout terminal and a power supply
US9152164B2 (en) 2007-10-02 2015-10-06 Ps4 Luxco S.A.R.L. Constant current source circuit
JP2009301340A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Oki Semiconductor Co Ltd Current mirror circuit
CN102999081A (en) * 2011-09-16 2013-03-27 上海华虹Nec电子有限公司 Current mirror circuit
CN102999081B (en) * 2011-09-16 2015-02-04 上海华虹宏力半导体制造有限公司 Current mirror circuit
JP2018014577A (en) * 2016-07-20 2018-01-25 新日本無線株式会社 Load current detection circuit
CN108319324A (en) * 2018-03-23 2018-07-24 上海唯捷创芯电子技术有限公司 A kind of current mirroring circuit that power supply noise is non-sensitive, chip and communication terminal
CN108319324B (en) * 2018-03-23 2020-06-30 上海唯捷创芯电子技术有限公司 Power supply noise insensitive current mirror circuit, chip and communication terminal

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