JP2001500997A - 電圧制御された可変参照電流 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電圧制御された可変参照電流を与える電流源が説明され、電流（Ｉｍ）をダイオード接続トランジスタ（２２）へ供給する電流ミラー（２０）と、複数の制御可能電流経路（３０）とを採用し、その制御可能電流経路（３０）は、電圧検知回路（２６）からの電圧により制御されることにより、所定量の電流が、制御電圧の関数としてダイオード接続トランジスタ（２２）から引き出されて、このダイオード接続トランジスタ（２２）が、それを通流する電流（Ｉｍ）の関数として電圧を発生し、その電圧は、出力トランジスタ（１２）と、この出力トランジスタ（１２）を通流する電流（Ｉｏ）とを制御するように用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 電圧制御された可変参照電流 技術分野 本発明は一般に電流源を意図しており、更に詳しくは、電圧制御された可変電 流参照回路を意図している。 背景技術 従来技術における電流の典型は電流ミラーであり、このものでは、参照電流が 、ダイオード接続されたバイポーラまたはＭＯＳトランジスタを通過させられて 、トランジスタのベースエミッタまたはゲートソースを横切って誘発された電圧 が、同様に構成された第二のトランジスタのベースエミッタまたはゲートソース へ印加される。これは順次に、第一のトランジスタを流れる電流に関係した第二 のトランジスタを流れる電流を生成する。典型的には、電流ミラーへの供給電圧 が全供給電圧から零ボルトへ向かって変化するにつれて、電流ミラーを流れ出る 電流の大きさは減少する。このような典型的な電流ミラーは図１Ａに示されてお り、これは、図１Ｂに示される供給電圧の関数としての電流変化で示されている 。 特定のアプリケーションにおいては、供給電圧の変動にも拘らず、安定した電 流を供給する電流源を与えることが望まれる。他のアプリケーションにおいては 、電流源に、供給電圧の変化の関数として変化する予測可能な方式で制御できる 出力電流を持たせることが望まれる。更に、出力電流を、電流源へ印加された参 照電圧の関数として増大または減少できる電流源を与えることがしばしば望まれ る。 発明の概要 本発明は安定電流源を与え、これは広い供給電圧範囲に亘って操作でき、且つ 供給電圧またはユーザー供給参照電圧の関数として電流を増大または減少させる ことができる。本発明によれば、電流源が与えられ、これは供給電圧から電力を 与えられ、且つ所定量の電流を与える電流の供給源を含む。第一の半導体デバイ スは、電流の供給源から電流を受け取るように接続され、この電流の供給源から 受け取った電流の大きさに対して選択された関係を持つ出力電圧を与える。複数 の制御可能電流経路は、電流の供給源の出力から電流を受け取るように接続され 、 その複数の制御可能電流経路の各々は、作動するときに、選択された量の電流を 受け入れるように構成されている。電圧検知回路は制御電圧を受け取るように接 続されると共に、制御可能電流経路の一つずつを制御電圧の大きさの変化の関数 として作動させる。第二の半導体デバイスは、第一の半導体デバイスから出力電 圧を受け取るように接続されると共に、この第一のデバイスから受け取った出力 電圧の大きさに対して選択された関係を持つ出力電流を与える。この方法におい ては、異なる本数の制御可能電流経路が、電圧検知回路により作動され、より多 量または少量の電流が第一の半導体デバイスから引き出され、第一の半導体デバ イスへ流れる電流の量へ影響する。この結果、第一の半導体デバイスにより発生 して、第二の半導体デバイスへ印加される出力電圧の変化をもたらす。順次に、 第二の半導体デバイスにより供給された出力電流は、それが第一のデバイスから 受け取る出力電圧の変化の関数として変化する。 本発明の様々な実施例において、電圧検知回路は供給電圧に、或いはユーザー により供給された参照電圧へ接続することができる。これに代えて、二つの電圧 検知回路を用いることができ、その一方は供給電圧へ接続され、他方はユーザー からの制御または参照電圧を受け取るように接続されている。 従って本発明の目的は電流源を与えることであり、その電流源は、選択された 電圧源により制御可能な出力電流を供給する。 本発明の更なる目的は、電圧制御された可変電流源を与えることであり、この 可変電流源においては、出力電流の大きさが、印加された制御電圧の大きさを変 えることにより制御可能である。 本発明の上述と他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明と添付図面を 検討することにより一層に容易に理解されるであろう。 図画の簡単な説明 図１Ａは通常の電流ミラーの単純化された模式図である。 図１Ｂは供給電圧の関数として図１Ａの電流ミラーが与える電流変化の軌跡で ある。 図２は本発明の一つの実施例のハイレベルの機能的なブロックダイアグラムで ある。 図３は、出力電流が供給電圧の関数として制御される本発明の一つの実施例の 単純化された模式図である。 図４は、出力電流が供給電圧の関数及び参照電圧の関数として制御される本発 明の単なる実施例の単純化された模式図である。 図５は本発明によって得られる供給電圧の関数としての様々な出力変化の単純 化された軌跡である。 図６は、供給電圧が増加するにつれて出力電流を増加させるように制御できる 本発明の更なる実施例である。 詳細な説明 図２を参照して、本発明を概念的に説明する。一般に、本発明は出力デバイス １２を含み、これは出力ターミナル１４において、制御ターミナル１６へ供給さ れた制御電圧の関数としての出力電流を与える。本発明の好適実施例においては 、出力デバイス１２はＭＯＳトランジスタである。 出力デバイス１２へ制御電圧を与える制御回路１８は、供給電圧Ｖ_supplyによ り電力を与えられ、また参照電圧Ｖ_refにより制御することができる。本発明に よれば、制御回路１８から供給された制御電圧Ｖ_controlは、Ｖ_supplyとＶ_refが 変化するにつれて所定の方式で変化する。 ここで図３を参照して、制御回路１８の一実施例のより詳細な説明を与える。 図３の実施例においては、制御回路１８は、ダイオード接続トランジスタ２２へ 電流を供給する通常の電流ミラー２０を含む。ダイオード接続トランジスタ２２ へ接続されているのは、一組の制御可能電流経路２４である。これらの制御可能 電流経路２４の各々は、電圧検知回路２６から供給された電圧により制御される 。 図３において、電流ミラー２０からの電流ｉｍは、ダイオード接続トランジス タ２２へ通流される。これはライン１６上に電圧を誘発し、これは、トランジス タ１２を流れる出力電流ｉ_outを制御するために、トランジスタ１２の制御ゲー トへ印加される。選択可能な電流経路２４の組は、それが作動するときに、電流 ミラー２０から電流を引き出して、ダイオード接続トランジスタ２２から引き離 す。これは、ライン１６上の電圧レベルを低下させ、次いでトランジスタ１２へ 印加された制御電圧を低下させるので、出力電流ｉ_outが低下される。 電流経路２４の組における電流経路の各々は、電圧検知回路２６からの電圧に より制御される。更に詳しくは、電圧検知回路２６は梯子形ダイオード接続トラ ンジスタから形成されている。制御可能電流経路３０の各々は、梯子上の異なる 接点へ接続されて、経路の各々が、梯子の最上部へ印加された供給電圧の大きさ に依存して作動するようにされていることに留意されたい。例えば、接点３２に おける電圧により制御された制御可能電流経路３０は、Ｖ_supplyが３閾値で、且 つＶ_Tが接地より高いときに作動する。順次に、電圧検知回路２６の接点３４か ら制御された制御可能電流経路３０は、Ｖ_supplyが接地上の４閾値電圧であると きに作動する。制御可能電流経路３０を電圧検知回路２６の梯子における異なる 点へ接続することにより、ダイオード接続トランジスタ２２から引き出された電 流の量は、供給電圧Ｖ_supplyの大きさの関数として制御できることを理解された い。更に、電圧検知回路２６におけるダイオード接続トランジスタの閾値電圧は 、制御可能電流経路３０におけるトランジスタの閾値電圧とは異ならせて（例え ばトランジスタの物理的寸法の変化により）形成することができるので、制御に おける更なる変化が得られることを理解されたい。 ここで制御可能電流経路３０の組２４について述べると、制御可能電流経路３ ０の各々は好ましくは一対の直列接続トランジスタから構成されており、その対 の各々はダイオード接続トランジスタ２２へ並行に接続されている。トランジス タの対の一方は、ダイオード接続トランジスタ２２のドレインへ接続されたドレ インと、ダイオード接続トランジスタ２２のゲートへ接続されたゲートとを有す る。第二のトランジスタは、第一のトランジスタのソースへ接続されたドレイン と、接地へ接続されたソースと、電圧検知回路２６から対応する制御電圧を受け 取る制御ゲートとを有する。 第一のトランジスタ３６は、トランジスタ２２を横断して誘発されたゲートソ ース電圧の関数として所定量の電流を電流ミラー２０から引き出すように寸法付 けることができることを理解されたい。例えば、ダイオード接続トランジスタ２ ２を横断する所定のゲートソース電圧のためには、ダイオード接続トランジスタ ２２を横断して与えられた同じゲートソース電圧についてトランジスタ２２を流 れる電流の１／１０を引き出すように寸法付けることができる。 従って、このような状況化で１０本の制御可能電流経路が制御可能電流経路２ ４の組に与えられているならば、このような経路全ての作動は、電流ミラー２０ から相当な量の電流を引き出し、ダイオード接続トランジスタ２２から離し、ラ イン１６における電圧Ｖ_controlを実質的に低減させる。順次に、Ｖ_supplyが降 下するにつれて、幾本かの制御可能電流経路が作動するので、電流ミラー２０か らダイオード接続トランジスタ２２へ流れさせられる電流の量が増大し、ライン １６における電圧の大きさが上昇し、トランジスタ１２を流れる電流が増大する 。この方式においては、供給電圧降下は、トランジスタ１２を流れる出力電流を 増大させる。逆に、Ｖ_supplyが増大するにつれて、電流の減少量はダイオード接 続トランジスタ２２へ流れることが可能となり、ライン１６に現れる電圧の大き さを低下させる。順次に、トランジスタ１２により与えられた出力電流の大きさ は、供給電圧の増大と共に低下する。 ここで図４を参照すると、ここに示された回路は、第二の制御可能電流経路４ ０の組と、第二の電圧検知回路４２とが追加されていることを除けば、図３に示 された回路と同様である。電圧検知回路４２は電圧検知回路２６と同様に構成さ れているが、ユーザーにより供給可能な参照電圧へ接続されている。更に、制御 電圧は、検知回路２６のそれと比較すると、電圧検知回路４２の異なる接点から とられていることに留意されたい。これは、Ｖ_refにおける異なる大きさの電圧 が、制御可能電流経路４０の第二の組の異なる一つずつを駆動させることが必要 なことを意味する。 図３および４に鑑みると、トランジスタと制御可能電流経路３０の適切な寸法 付けと、電圧検知回路２６における制御電圧を分岐させる接点の選択とにより、 ダイオード接続トランジスタ２２へ通流可能な電流量を所望に応じて制御できる ので好都合であることが明らかである。例えば、制御可能電流経路３０における トランジスタを寸法付けることができるので、電圧検知回路２６からの制御電圧 が、供給電圧レベルの変動につれて明らかな変動をしない出力電流を与えるよう に選択される。特に、制御可能電流経路は供給電圧の大きさが低下するにつれよ り少ない電流を引き出すように制御され、そのような低下が起きるレートは、電 流ミラー２０が電流ｉ_mの大きさを供給電圧の低下とと共に低下させるレートを オフセットするように選択される。この方式においては、ダイオード接続トラン ジスタ２２を通流する電流は、電圧が低下する間でさえも実質的に同一に維持さ れる。 供給電圧が低下するにつれて、出力電流を実際に増加させることが望ましい状 況においては、制御可能電流経路２０におけるトランジスタ（および電圧検知回 路２６からの制御電圧点）は、ダイオード接続トランジスタ２２へ流れさせられ る電流の量が低供給電圧において高供給電圧よりも高くなるように選択できる。 図５を参照すると、この後者の状況がグラフ４４により示されている。同様に、 ダイオード接続トランジスタ２２へ流れる電流が、供給変化に亘って一定に維持 される状況は、図５においてグラフ４６により示されている。 ここで図６を参照すると、本発明の一実施例が示されており、ここでは出力電 流ｉ_outが、供給電圧増加と共に増加する。図３および４と、図６との間の差異 は、前者の制御可能電流経路においては、３６と３８との双方にＮチャンネルト ランジスタが用いられていることである。対照的に、図６における実施例では、 トランジスタ３６にＮチャンネルトランジスタが用いられているが、Ｎチャンネ ルトランジスタ３８に代えてＰチャンネルトランジスタ４８が用いられているこ とである。 Ｖ_supplyが低いとき、全ての制御可能電流経路がオンするが、Ｖ_supplyの大き さが増大するにつれて、制御可能電流経路はオフに切り替わり始める。この方式 においては、ダイオード接続トランジスタ２２へ流れさせられる電流が、供給電 圧増大につれて増大する。図６の出力電流対供給電圧の関係は、図５においては グラフ５０として示されている。 上述の図においては、特定の実施例を図示したが、本発明の他の様々な変形例 が本発明の要旨の範囲内で構成できるを理解されたい。実施例は、金属酸化物半 導体トランジスタに関して説明したが、バイポーラおよび他のデバイスを使用す ることができる。 ここで採用した用語と表現は、説明の用語として使用したのであって、限定的 なものではなく、また、このような用語と表現の使用においては、図示および説 明された特徴の等価物、或いはその部分を除外する意図はなく、請求された本発 明の目的の範囲内で様々な変更例が可能であることが認められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 オサール、サリール アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94080、サン・フランシスコ、カメリア ン・ロード 114

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．出力電流を与え、且つ供給電圧からパワーを与えられる電流源であって、 第一と第二の出力端子の間に出力電流を与え、且つ制御端子を有する出力デ バイスであり、第一と第二の出力端子の間を流れる前記出力電流は、前記制御 端子へ印加された電圧の関数として制御される出力デバイスと、 前記供給電圧へ接続され、且つ前記出力デバイスの前記制御端子へ制御電圧 を与える制御回路であって、その制御電圧は供給電圧の大きさの関数として所 定の方式で変化すると共に、 半導体デバイスであり、この半導体デバイスを通流する電流の大きさの関数 として電圧を発生する半導体デバイスと、 参照電圧の大きさの関数として作動され、前記半導体デバイスを通流する電 流の大きさを変更する複数の電流経路とを含む制御回路とを備える電流源。 ２．前記出力デバイスが、電界効果トランジスタである請求項１の電流源。 ３．前記制御回路が、前記出力デバイスの出力端子へ接続された出力を有する電 流供給源を含み、この電流供給源は、所定量の電流を与え、第一の半導体デバ イスは前記電流供給源の出力から電流を受け取るように接続され、且つ前記電 流供給源の出力において、前記電流供給源から受け取られた電流の前記大きさ に対する選択された関係を有する電圧を生成可能であり、更に、前記複数の電 流経路の各々は、前記電流供給源の出力から電流を受け取るように接続され、 且つ、作動されたときに、選択された量の電流を受け入れるように構成されて おり、更に、 前記供給電圧へ接続され、前記制御可能電流経路の一つずつを前記供給電圧 の大きさにおける変化の関数として作動させる電圧検知回路を含む請求項１の 電流源。 ４．前記電流供給源が、電流ミラーである請求項１の電流源。 ５．前記複数の制御可能電流経路の各々が、電界効果トランジスタを含む請求項 １の電流源。 ６．前記複数の制御可能電流経路の各々が、 ダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタと、 このダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタに直列接続された第二の 金属酸化物半導体トランジスタであり、前記制御回路により制御されるように 接続された制御ゲートを含む請求項５の電流源。 ７．前記電圧検知回路が、梯子形に直列接続された複数のダイオード接続電界効 果トランジスタを含み、その梯子の一つの終端は前記供給電圧へ接続され、前 記ダイオード接続電界効果トランジスタの一つずつの間の接合は、前記複数の 制御可能電流経路を制御する制御電圧を供給する請求項１の電流源。 ８．供給電圧からパワーを与えられる電流源であって、 所定量の電流を与える電流供給源と、 前記電流供給源から電流を受け取るように接続された第一の半導体デバイス であり、前記電流供給源から受け取った電流の大きさに対して選択された関係 を有する出力電圧を与える第一の半導体デバイスと、 前記電流供給源の前記出力から電流を受け取るように接続された複数の制御 可能電流経路であり、その各々は、作動されたときに、選択された量の電流を 受け入れるように構成された制御可能電流経路と、 制御電圧を受け取るように接続され、制御可能電流経路の一つずつを前記制 御電圧の大きさの変化の関数として作動させる電圧検知回路と、 第一のデバイスから前記出力電圧を受け取るように接続され、この第一のデ バイスから受け取った出力電圧の大きさに対する選択された関係を有する出力 電流を与える第二の半導体デバイスとを備える電流源。 ９．第一と第二の半導体デバイスが、電界効果トランジスタであり、第一の半導 体デバイスが、ダイオード接続形態である請求項８の電流源。 10．前記電流供給源が、電流ミラーである請求項８の電流源。 11．前記複数の制御可能電流経路の各々が、電界効果トランジスタを含む請求項 ８の電流源。 12．前記複数の制御可能電流経路が、 ダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタと、 このダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタに直列接続された第二の 金属酸化物半導体トランジスタであり、前記制御回路により制御されるよう に接続された制御ゲートを含む第二の金属酸化物半導体トランジスタとを含む 請求項１１の電流源。 13．前記電圧検知回路が、梯子形に直列接続された複数のダイオード接続電界効 果トランジスタを含み、その梯子の一つの終端は前記供給電圧へ接続され、前 記ダイオード接続電界効果トランジスタの一つずつの間の接合は、前記複数の 制御可能電流経路を制御する制御電圧を供給する請求項８の電流源。 14．出力電流を与え、且つ供給電圧からパワーを与えられる電流源であって、 第一と第二の出力端子の間に出力電流を与え、且つ制御端子を有する出力デ バイスであり、第一と第二の出力端子の間を流れる前記出力電流は、前記制御 端子へ印加された電圧の関数として制御される出力デバイスと、 前記出力デバイスの前記制御端子へ接続された出力を有し、所定量の電流を 与える電流供給源と、 前記電流供給源の出力から電流を受け取るように接続された第一の半導体デ バイスであり、前記電流供給源の出力において電圧を与え、その電圧の大きさ は、前記電流供給源から受け取られた電流の大きさに対する選択された関係を 有する第一の半導体デバイスと、 前記電流供給源の前記出力から電流を受け取るように接続された複数の制御 可能電流経路であり、その各々は、作動されたときに、選択された量の電流を 受け入れるように構成された制御可能電流経路と、 制御電圧を受け取るように接続され、制御可能電流経路の一つずつを前記制 御電圧の大きさの変化の関数として作動させて、前記電流供給源の出力におけ る電圧レベルが、前記出力デバイスを通流する出力電流を制御するようにする 電圧検知回路とを備える電流源。 15．前記電流供給源が、電流ミラーである請求項１４の電流源。 16．前記複数の制御可能電流経路の各々が、電界効果トランジスタを含む請求項 １４の電流源。 17．前記複数の制御可能電流経路が、 ダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタと、 このダイオード接続金属酸化物半導体トランジスタに直列接続された第二 の金属酸化物半導体トランジスタであり、前記制御回路により制御されるよう に接続された制御ゲートを含む第二の金属酸化物半導体トランジスタとを含む 請求項１６の電流源。 18．前記電圧検知回路が、梯子形に直列接続された複数のダイオード接続電界効 果トランジスタを含み、その梯子の一つの終端は前記供給電圧へ接続され、前 記ダイオード接続電界効果トランジスタの一つずつの間の接合は、前記複数の 制御可能電流経路を制御する制御電圧を供給する請求項１４の電流源。