JP2002222929A - 電圧安定化回路 - Google Patents

電圧安定化回路

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JP2002222929A
JP2002222929A JP2001020704A JP2001020704A JP2002222929A JP 2002222929 A JP2002222929 A JP 2002222929A JP 2001020704 A JP2001020704 A JP 2001020704A JP 2001020704 A JP2001020704 A JP 2001020704A JP 2002222929 A JP2002222929 A JP 2002222929A
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mos transistor
voltage
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Atsushi Yamada
敦史 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来と同一サイズのMOSトランジスタであ
っても、その出力電流を大きくすることができる電圧安
定化回路の提供。 【解決手段】 この発明は、出力制御用のMOSトラン
ジスタと、基準電圧を生成する基準電圧回路と、出力電
圧の分圧電圧を基準電圧回路の生成基準電圧と比較し、
その比較結果に応じてそのMOSトランジスタの導通を
制御する誤差増幅器と、を少なくとも備えている。出力
制御用のMOSトランジスタと、基準電圧回路および誤
差増幅器を形成するMOSトランジスタとを、同一のP
型半導体基板11上に形成するようにした。そして、そ
の出力制御用のMOSトランジスタを、P型半導体基板
11に形成されたN型ウエル22内にさらに形成された
P型ウエル23内に、形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に関し、
特に電圧安定化回路(シリーズレギュレータ)に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の電圧安定化回路として、
例えば図3に示すようなものが知られている。この電圧
安定化回路は、図3に示すように、入力端子1と出力端
子2との間に出力制御用のMOSトランジスタQ1が接
続されている。また、抵抗R1および抵抗R2により、
出力電圧Voutを分圧する分圧回路3が形成されてい
る。
【0003】基準電圧回路4は、誤差増幅器5に入力す
る基準電圧Vrefを発生するようになっている。誤差
増幅器5は、分圧回路3の分圧電圧を基準電圧Vref
と比較し、その比較に応じた出力をMOSトランジスタ
Q1のゲートに印加し、MOSトランジスタQ1のオン
抵抗を制御するようになっている。なお、MOSトラン
ジスタQ1は、後述の理由によりPチャネル型のMOS
トランジスタから構成されている。
【0004】このような電圧安定化回路の出力電圧Vo
utは、次の(1)式により表される。 Vout=((R1+R2)/R2)×Vref・・・・(1) また、この電圧安定化回路の出力電流Ioutは、次の
(2)式により表される。
【0005】 Iout=Kp×{(Vgsp−Vtp)×(Vin−Vout)−(Vin −Vout)2 /2}・・・・(2) ここで、Kpは導電係数、VgspはMOSトランジス
タQ1のゲートとソースとの間の電圧、Vtpはそのし
きい値電圧、(Vin−Vout)はそのドレインとソ
ースとの間の電圧である。
【0006】また、導電係数Kpは、次の(3)式によ
り表される。 Kp=μ×C×(W/L)…(3) ここで、μはMOSトランジスタQ1のキャリアの移動
度、CはMOSトランジスタQ1の単位面積当たりのゲ
ート容量、Wはそのチャネル幅、Lはそのチャネル長で
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、(1)式と
(3)式によれば、従来の電圧安定化回路の出力電流I
outは、MOSトランジスタQ1のキャリアの移動度
μの大小に依存する。従って、トランジスタサイズが同
一であれば、MOSトランジスタQ1は、そのキャリア
がホール(正孔)であるPチャネル型よりも、そのキャ
リアが電子であるNチャネル型の方がその出力電流Io
utが大きくなって有利である。
【0008】一方、例えば同一の半導体基板上に、Pチ
ャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトラ
ンジスタとをそれぞれ形成するする場合に、図4に示す
ようなツインウエル構造と称するものが知られている。
このツインウエル構造は、図4に示すように、例えばP
型半導体基板11内に、N型ウエル12とP型ウエル1
3とがそれぞれ形成されている。そして、N型ウエル1
2内には、ソースS、ゲートG、およびドレインDから
なるPチャネル型MOSトランジスタ14が形成されて
いる。また、P型ウエル13内には、ソースS、ゲート
G、およびドレインDからなるNチャネル型MOSトラ
ンジスタ15が形成されている。
【0009】ところで、従来からの図3に示すような電
圧安定化回路では、回路全体の小型化を図るために上記
のようなツインウエル構造を採用し、MOSトランジス
タQ1、基準電圧回路4、および誤差増幅器5を、同一
の半導体基板上に形成するようにしていた。しかし、図
4に示すようなツインウエル構造では、P型ウエル13
はP型半導体基板11と同極性のため、そのP型半導体
基板11の電位と同様になる。このため、PMOSトラ
ンジスタQ1の出力電流Ioutを大きくするのに有利
な図1に示すようなNMOSトランジスタQ2にしたい
場合、NMOSトランジスタQ2のチャネル領域電位
(サブ電位)はP型半導体基板11の基板電位(0V)
となる。
【0010】この結果、図3に示すような電圧安定化回
路を、図4に示すようなツインウエル構造で作成する場
合には、図3に示すMOSトランジスタQ1を図4に示
すようなNチャネル型MOSトランジスタ15で形成す
ることができず、同図に示すようなPチャネル型MOS
トランジスタ14で形成せざるを得ないという不具合が
あった。
【0011】この結果、従来の電圧安定化回路では、回
路全体の小型化は実現できるが、MOSトランジスタQ
1としてPチャネル型MOSトランジスタを採用するの
で、その出力電流を大きくできないという不具合があっ
た。そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、従来と
同一のトランジスタサイズのMOSトランジスタであっ
ても、出力電流を従来よりも大きくできる電圧安定化回
路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し本発
明の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
以下のように構成した。すなわち、請求項1に記載の発
明は、入力端子と出力端子との間に接続される出力制御
用のMOSトランジスタと、基準電圧を生成する基準電
圧回路と、前記出力端子の出力電圧の分圧電圧を前記基
準電圧回路の生成基準電圧と比較し、その比較に応じて
前記MOSトランジスタのオン抵抗を制御する誤差増幅
器と、を少なくとも備え、前記MOSトランジスタをN
チャネル型MOSトランジスタとするとともに、前記基
準電圧回路および前記誤差増幅器はPチャネル型MOS
トランジスタを少なくとも含み、これらのMOSトラン
ジスタをP型半導体基板上に形成するようにした電圧安
定化回路であって、前記Pチャネル型MOSトランジス
タを、前記P型半導体基板に形成されたN型ウエル内に
少なくとも形成するようにし、前記Nチャネル型MOS
トランジスタを、前記N型ウエル内の一部または前記P
型半導体基板に独立に形成されたN型ウエル内にさらに
形成されたP型ウエル内に、形成するようにしたことを
特徴とするものである。
【0013】このように、本発明では、いわゆるトリプ
ルウエル構造を採用し、出力制御用のMOSトランジス
タを、P型半導体基板のN型ウエル内にさらに形成され
たP型ウエル内に、形成するようにした。このため、本
発明によれば、出力制御用のMOSトランジスタをNチ
ャネル型MOSトランジスタにより構成できるので、従
来と同一のトランジスタサイズであっても、その出力電
流を従来よりも大きくできる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧安定化回路の
実施形態について、図1および図2を参照しながら説明
する。この実施形態に係る電圧安定化回路は、図1に示
すように、出力制御用のMOSトランジスタQ2と、分
圧回路3と、基準電圧回路4Aと、誤差増幅器5Aとを
少なくとも備え、MOSトランジスタQ2、基準電圧回
路4A、および誤差増幅器(オペアンプ回路)5Aを少
なくとも同一の半導体基板上に形成して回路全体の小型
化を図るようにしたものである。
【0015】さらに、この実施形態に係る電圧安定化回
路は、MOSトランジスタQ2を後述のようにNチャネ
ル型のMOSトランジスタで形成するようにし、従来と
同一のトランジスタサイズであっても、その出力電流を
従来に比べて大きくできるようにしたものである。出力
制御用のMOSトランジスタQ2は、入力電圧Vinを
印加する入力端子1と出力電圧Voutを取り出す出力
端子2との間に接続されている。すなわち、入力端子1
にMOSトランジスタQ2のドレインが接続され、その
ソースが出力端子2に接続されている。
【0016】分圧回路3は、出力端子2とアースとの間
に抵抗R1および抵抗R2が直列に接続され、これによ
り出力電圧Voutを分圧し、この分圧電圧を誤差増幅
器5Aの+入力端子に供給するようになっている。基準
電圧回路4Aは、誤差増幅器5Aに入力する基準電圧V
refを生成し、この生成した基準電圧Vrefを誤差
増幅器5Aの−入力端子に供給するようになっている。
【0017】誤差増幅器5Aは、分圧回路3の分圧電圧
を基準電圧回路4Aの生成基準電圧Vrefと比較し、
その比較に応じた出力をMOSトランジスタQ2のゲー
トに印加し、MOSトランジスタQ2のオン抵抗を制御
するようになっている。次に、この実施形態に係る電圧
安定化回路では、MOSトランジスタQ2と、基準電圧
回路4Aおよび誤差増幅器5Aを構成するMOSトラン
ジスタ(図示せず)とが、例えば図2に示すように、い
わゆるトリプルウエル構造により同一のP型半導体基板
上に集積回路化されているので、その構成例について以
下に説明する。
【0018】図2において、11はP型半導体基板であ
り、このP型半導体基板11内にはN型ウエル22が形
成され、さらにそのN型ウエル22内の一部にP型ウェ
ル23が形成されている。N型ウエル22内には、ソー
スS、ゲートG、およびドレインDからなり基準電圧回
路4Aまたは誤差増幅器5Aを構成するためのPチャネ
ル型MOSトランジスタ24が形成されている。さら
に、P型ウエル23には、ソースS、ゲートG、および
ドレインDからなるNチャネル型MOSトランジスタ2
5が、MOSトランジスタQ2として形成されている。
【0019】このように、Nチャネル型MOSトランジ
スタ25は、図2に示すように、P型半導体基板11に
形成されたN型ウエル22内にさらに形成されたP型ウ
エル23内に形成されている。ところで、P型ウエル2
3はP型半導体基板11とは電気的に独立しているた
め、それぞれに自由な電圧がかけられる。すなわち、P
型ウエル23はP型半導体基板11の基板電位に対して
プラス側にもマイナス側にも出力可能となる。従って、
Nチャネル型MOSトランジスタ25は、図1における
MOSトランジスタQ2として使用できる。
【0020】以上説明したように、この実施形態によれ
ば、いわゆるトリプルウエル構造を採用し、出力制御用
のMOSトランジスタQ1を、P型半導体基板11に形
成されたN型ウエル22内にさらに形成されたP型ウエ
ル23内に、形成するようにした。このため、この実施
形態によれば、出力制御用のMOSトランジスタQ2を
Nチャネル型MOSトランジスタにより構成できるの
で、従来と同一のトランジスタサイズであっても、その
出力電流を従来よりも大きくすることができる。
【0021】なお、この実施形態では、図2に示すよう
に、N型ウェル22内の一部にP型ウエル23を設け、
このP型ウエル23内にNチャネル型MOSトランジス
タ25を形成するようにした。しかし、これに代えて、
N型ウエル22を2つ独立に設け、その一方のN型ウエ
ル内にPチャネル型MOSトランジスタ24を形成する
とともに、その他方のN型ウエル内にさらにP型ウエル
を形成し、そのP型ウエル内にNチャネル型MOSトラ
ンジスタ25を形成するようにしても良い。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
いわゆるトリプルウエル構造を採用したので、出力制御
用のMOSトランジスタをNチャネル型MOSトランジ
スタにより構成できる。その結果、従来と同一のトラン
ジスタサイズであっても、そのMOSトランジスタの出
力電流を従来よりも大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電圧安定化回路の実施形態の構成を示
す回路図である。
【図2】この実施形態のMOSトランジスタの物理的な
構造を示す断面図である。
【図3】従来の電圧安定化回路の構成を示す回路図であ
る。
【図4】従来回路のMOSトランジスタの物理的な構造
を示す断面図である。
【符号の説明】
Q2 出力制御用のNチャネル型MOSトランジスタ 1 入力端子 2 出力端子 3 分圧回路 4A 基準電圧回路 5A 誤差増幅器 11 P型半導体基板 22 N型ウエル 23 P型ウエル 24 Pチャネル型MOSトランジスタ 25 Nチャネル型MOSトランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力端子と出力端子との間に接続される
    出力制御用のMOSトランジスタと、 基準電圧を生成する基準電圧回路と、 前記出力端子の出力電圧の分圧電圧を前記基準電圧回路
    の生成基準電圧と比較し、その比較に応じて前記MOS
    トランジスタのオン抵抗を制御する誤差増幅器と、を少
    なくとも備え、 前記MOSトランジスタをNチャネル型MOSトランジ
    スタとするとともに、前記基準電圧回路および前記誤差
    増幅器はPチャネル型MOSトランジスタを少なくとも
    含み、これらのMOSトランジスタをP型半導体基板上
    に形成するようにした電圧安定化回路であって、 前記Pチャネル型MOSトランジスタを、前記P型半導
    体基板に形成されたN型ウエル内に少なくとも形成する
    ようにし、 前記Nチャネル型MOSトランジスタを、前記N型ウエ
    ル内の一部または前記P型半導体基板に独立に形成され
    たN型ウエル内にさらに形成されたP型ウエル内に、形
    成するようにしたことを特徴とする電圧安定化回路。
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