JP2004038540A - 基準電圧回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】基準電圧の温度ドリフトが小さい基準電圧回路を提供する。
【解決手段】出力電圧の最大値となる温度がことなる２つのディプレションＭＯＳ基準電圧回路からの出力電圧の最大値を最大値調整回路３０、４０で揃え、この最大値調整回路の２つの出力電圧を最大値選択回路に入力し、所定の温度で常に高い方の出力電圧を出力端子から出力することで、基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトを小さく抑制する。
【選択図】 図１
【解決手段】出力電圧の最大値となる温度がことなる２つのディプレションＭＯＳ基準電圧回路からの出力電圧の最大値を最大値調整回路３０、４０で揃え、この最大値調整回路の２つの出力電圧を最大値選択回路に入力し、所定の温度で常に高い方の出力電圧を出力端子から出力することで、基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトを小さく抑制する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路を用いて、出力電圧の温度特性を改善した基準電圧回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の構成を示す。このディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２で構成され、それぞれが所定のチャネル長Ｌｄ、Ｌｅ、チャネル幅Ｗｄ、Ｗｅを有している。Ｖｃｃは電源電圧、Ｖｒｅｆ はＭＯＳ基準電圧回路の出力端子８３から出力される出力電圧、ＧＮＤはグランドである。
【０００３】
このディプレションＭＯＳ基準電圧回路の飽和領域での出力電圧Ｖｒｅｆ は、（１）式で表される。
【０００４】
【数２】
Ｖｒｅｆ ＝Ｖｔｈｅ −Ｖｔｈｄ 〔〔ｋｄ ・（Ｗｄ／Ｌｄ）〕／〔ｋｅ ・（Ｗｅ／Ｌｅ）〕〕１／２ ・・・・・（１）
但し、Ｖｔｈｄ はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートしきい値電圧（Ｖ）（Ｖｔｈｄ ＜０）、Ｖｔｈｅ はエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２のゲートしきい値電圧（Ｖ）、ｋｄ はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１の単位トランスコンダクタンス係数（Ａ／Ｖ２ ）、ｋｅ はエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２の単位トランスコンダクタンス（Ａ／Ｖ２ ）であり、ディプレッションＭＯＳ基準電圧回路８０に流れる電流をＩＤ とすると、飽和領域であるＭＯＳＦＥＴ８１、８２に対してそれぞれ（２）式、（３）式が成り立つ。両式の右辺を等しいとおくことにより（１）式が導かれる。
【０００５】
【数３】
ＩＤ ＝ｋｄ・（Ｗｄ／Ｌｄ）・Ｖｔｈｄ２・・・・（２）
【０００６】
【数４】
ＩＤ ＝ｋｅ・（Ｗｅ／Ｌｅ）・（Ｖｒｅｆ −Ｖｔｈｅ ）２ ・・・（３）
出力電圧Ｖｒｅｆ は、（１）式より明らかなように、電源電圧Ｖｃｃの項を含んでおらず、電源電圧Ｖｃｃが変化しても一定の出力電圧Ｖｒｅｆ を保ことができる。
【０００７】
しかし、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥ８２のしきい値電圧、コンダクタンスおよびサイズ（チャネル長Ｌｄ、Ｌｅ、チャネル幅Ｗｄ、Ｗｅ）が製造ばらつきによりばらつくと、出力電圧Ｖｒｅｆ もそれに伴って変化する。この出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した基準電圧回路をつぎに示す。
【０００８】
図６は、出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した従来の基準電圧回路の要部回路図である。基準電圧回路は、図５のディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０と非反転増幅回路９０で構成される。この非反転増幅回路９０はオペアンプ回路９１と抵抗９３とトリミング回路９２で構成され、このトリミング回路９２の抵抗を調整することで、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した出力電圧を出力端子Ｖｏｕｔ から出力できる。
【０００９】
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ をオペアンプ回路９１とトリミング回路９２で構成される非反転増幅回路９０に入力し、トリミング回路９２を調整する（抵抗値を調整する）ことで、製造ばらつきの影響を受けない安定した基準電圧Ｖｏｕｔ を非反転増幅回路９０（基準電圧回路の出力端子９５）から出力するようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けないディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０と非反転増幅回路９０を用いることで、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ は電源電圧Ｖｃｃの変動や製造のばらつきの影響を排除することができる。
【００１１】
しかし、前記したディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０を構成するディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２のゲートしきい値電圧や単位トランスコンダクタンス係数は温度特性をもつパラメータのために、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ は温度依存性を持つ。
図７は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度特性を示す図である。ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化は、上に凸の二次曲線となる。この二次曲線を式で表すと（４）式になる。
【００１２】
【数５】
Ｖｒｅｆ ＝ａ（Ｔ−ｂ）２ ＋ｃ・・・・（４）
〔Ｔは温度、ａは二次係数、ｂは出力電圧Ｖｒｅｆ がピーク値となる温度、ｃは定数である。〕
通常、仕様温度範囲（−２５℃から８５℃）において、出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化を最小とするために、二次曲線のピーク点（ピーク値となる温度ｂ）を仕様温度範囲の中心に位置するように設計する。
【００１３】
しかし、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化（温度ドリフト）は仕様温度範囲で１０ｍＶ程度と大きい。この出力電圧Ｖｒｅｆ の温度ドリフトはそのまま、基準電圧回路の出力端子９５から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ の温度ドリフトとなるため、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ の温度ドリフトも１０ｍＶ程度と大きくなる。
【００１４】
このように、基準電圧の温度ドリフトが大きい基準電圧回路は、検出電圧の仕様が厳しいリチウムイオン二次電池充電保護用ＩＣ（集積回路）等に搭載する場合に問題となる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、基準電圧の温度ドリフトが小さい基準電圧回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴとエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴとが直列接続され、前記ディプレション型ＭＯＳＦＥＴが高電位端子に、前記エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴが低電位側端子にそれぞれ接続され、両ＭＯＳＦＥＴの接続点と両ＭＯＳＦＥＴのゲートとが出力端子に接続されたディプレションＭＯＳ基準電圧回路を有する基準電圧回路であって、
前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度依存性が二次曲線を示し、所定の温度範囲で、前記出力電圧が最大となる温度が異なる複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路と、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路にそれぞれ接続し、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路のそれぞれの出力電圧の最大値を揃える最大値調整回路と、該それぞれの調整回路から出力される出力電圧のうち、最大の出力電圧を出力する最大値選択回路とを具備する構成とする。
【００１６】
また、前記最大値調整回路を、トリミング回路付き非反転増幅回路で構成するとよい。
また、前記最大値選択回路を、オペアンプ回路とダイオードで構成するとよい。
また、前記複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路で、出力電圧の最大値を示す所定の温度をそれぞれ異なるようにするとよい。。
【００１７】
また、前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の数をｎとし、仕様温度範囲の最大値Ｔｍａｘ と最小値Ｔｍｉｎ の差をΔＴとしたとき、出力電圧の最大値を示す所定の温度Ｔｍｎを次式のように決定するとよい。
【００１８】
【数６】
Ｔｍｎ＝Ｔｍｉｎ ＋（２ｍ−１）ΔＴ／（２×ｎ）
〔Ｔｍｎ：温度の低い方からｍ番目にあるディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の最大値を示す温度〕
〔作用〕
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトは、パラメータ（ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ、単位トランスコンダクタンス係数ｋ、サイズ（チャネル長Ｌ、チャネル幅Ｌ））を変化させることで、ピーク値となる温度ｂをずらすことが可能である。
【００１９】
例えば、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路を構成するディプレション型ＭＯＳＦＥＴのチャネル形成領域に打ち込むドーズ量のみを変化させた場合の、常温時の出力電圧Ｖｒｅｆ と、ピーク値となる温度ｂの関係を図８に示し、温度ドリフトの二次係数（（４）式のａのこと）との関係を図９に示す。
ドーズ量を高くすることで、出力電圧Ｖｒｅｆ とピーク値となる温度ｂが共に大きくなり、特にピーク値となる温度ｂの変化が大きい。一方、二次係数ａはドーズ量を大きくすると小さくなるがその変化の度合いは小さい。
【００２０】
前記のことを利用して、例えばドーズ量とチャネル長を変化させることで、出力電圧がピーク値となる温度ｂを任意に設定できる。また、出力電圧のピーク値は、最大値調整回路で調整して、そこから出力される各出力電圧のピーク値を合わせる。このピーク値が同じで、ピーク値となる温度がことなる最大値調整回路から出力される各出力電圧のうち、各温度で、最大となる出力電圧のみを最大値選択回路から出力することで、基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトによる電圧変動を大幅に低減できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の基準電圧回路の回路図である。この基準電圧回路１００は、仕様温度範囲（−２５℃から８５℃）で、出力電圧の温度依存性が二次曲線を示し、この二次曲線のピーク（出力電圧のピーク値）が仕様温度範囲にくる第１と第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の２つのディプレションＭＯＳ基準電圧回路と、第１と第２最大値調整回路３０、４０の２つの最大値調整回路と、１つの最大値選択回路５０（この回路は、通常、最大値回路と言われている回路である）で構成される。第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０は、図５に示す通り、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ１１、２１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ１２、２２で構成される。第１、第２最大値調整回路３０、４０は、この調整回路の出力電圧の最大値を調整する回路であり、第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力が入力される第１、第２オペアンプ回路３１、３２と、出力電圧を調整する第１、第２トリミング回路３２、４２と、第１、第２抵抗３３、４３で構成される。この第１、第２最大値調整回路３０、４０は非反転増幅回路である。最大値選択回路５０は、この選択回路５０に入力される入力電圧のうちで最大の入力電圧を出力する回路であり、第３、第４オペアンプ回路５１、５２と第１、第２ダイオード５３、５４および抵抗６０で構成される。第１、第２ダイオード５３、５４のカソードはそれぞれ接続され、接続点が基準電圧回路の出力電圧を出力する出力端子６１に接続され、この端子から基準電圧回路の出力電圧Ｖｏｕｔ が出力される。
【００２２】
前記の第３、第４オペアンプ回路５１、５２は、カソード同士が接続されていない場合、第１、第２ダイオード５３、５４の順電圧降下分を補正して、Ｖ３＝Ｖ５、Ｖ４＝Ｖ６とする働きをする。
図１において、第１、第２ダイオード５３、５４のカソードが接続されて、Ｖ５＝Ｖ６＝Ｖｏｕｔ となっているため、異なる動作となっている。即ち、Ｖ３ＴＯＶ４のうち大きい方は、それに対応する、オペアンプ回路の出力と等しくなるが、小さい方は対応するオペアンプ回路の出力とは等しくなくなり、当該オペアンプ回路はコンパレータとしての動作を行う。例えば、Ｖ３＞Ｖ４の場合、Ｖ３＝Ｖ５、Ｖ４＜Ｖ６となり、オペアンプ回路５２の出力はその出力電圧範囲の最小値となる。その結果、ダイオード５４は逆バイアスされて、高い電圧であるＶ５が出力端子６１から、基準電圧回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔ として出力される。
【００２３】
また、出力端子６１に接続される抵抗６０以外の回路要素は、出力電圧Ｖｏｕｔ （第１、第２ダイオード５３、５４のカソード電圧）を上昇させるものでしかない。Ｖｏｕｔ がＶ３とＶ４の最大値より大きくならないように抵抗６０はＶｏｕｔ をプルダウンする（低下させる）機能を果している。
また、第１と第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力電圧をＶ１、Ｖ２（図５のＶｒｅｆ に相当する）とし、第１、第２最大値調整回路３０、４０の出力電圧をＶ３、Ｖ４（図６のＶｏｕｔ に相当する）とし、最大値調整回路５０の第１、第２ダイオードから出力される出力電圧をＶ５、Ｖ６とする。
【００２４】
図２は、第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。出力電圧の最大値を示す第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２は、第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０のディプレション型ＭＯＳＦＥＴ１１、２１とエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ１２、２２のゲート長さと幅、チャネル領域の不純物量などを調整して、仕様温度範囲内の所定の温度に設定する。
【００２５】
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の数をｎとし、仕様温度範囲の最大値Ｔｍａｘ と最小値Ｔｍｉｎ の差をΔＴとしたとき、出力電圧の最大値を示す所定の温度Ｔｍｎを（５）式のように決定することで温度ドリフトを小さくできる。
【００２６】
【数７】
Ｔｍｎ＝Ｔｍｉｎ ＋（２ｍ−１）ΔＴ／（２×ｎ） ・・・・（５）
Ｔｍｎは、各ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の最大値を示す温度のうち温度の低い方からｍ番目のものを示す。
【００２７】
例えば、Ｔｍａｘ ＝８５℃、Ｔｍｉｎ ＝−２５℃とすると、ΔＴ＝１１０℃となり、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路が２個の場合は、所定の温度Ｔ１２、Ｔ２２はつぎのようになる。
Ｔ１２＝−２５℃＋１１０℃／４＝２．５℃
Ｔ２２＝−２５℃＋３×（１１０℃／４）＝５７．５℃
このように、出力電圧の最大値となる温度を決定することで、温度ドリフトを最小とすることができる。
【００２８】
図３は、第１、第２の最大値調整回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。図１の基準電圧回路において、第１、第２トリミング回路３２、４３を調整して、第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の最大値を第１、第２最大値調整回路３０、４０を用いて揃える。最大値調整回路３０、４０からの出力電圧Ｖ３、Ｖ４の最大値は同じ値となる。
【００２９】
図４は、基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。図１において、第１、第２の最大値調整回路３０、４０の出力電圧が、最大値選択回路の第３オペアンプ回路５１と第４オペアンプ回路５２に入力され、それぞれ出力電圧が第１、第２ダイオード５３、５４のアノードに印加される。第１、第２のカソードから出力される出力電圧Ｖ５、Ｖ６のうち、同一の温度で、大きい方の出力電圧を選択して、最大値選択回路５０の出力電圧、つまり基準電圧回路の出力電圧Ｖｏｕｔ として出力端子６１から出力される。
【００３０】
この最大値選択回路５０から出力される出力電圧は、図４に示すように、−２５℃〜８５℃の温度範囲で、温度ドリフトによる電圧変動は３ｍＶであり、従来の基準電圧回路の電圧変動である１０ｍＶの１／３以下となる。
前記の第１実施例では、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路が２つの場合を示したが、この数を増すとで温度ドリフトによる出力電圧の変動をさらに小さくできることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、出力電圧が最大となる温度が異なる複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路を用い、このディプレションＭＯＳ基準電圧回路の最大となる出力電圧を最大値調整回路で揃え、最大値調整回路から出力されるの複数の出力電圧のうち、仕様温度範囲の各温度で、最も高くなる出力電圧を最大値選択回路で選定して出力することで、基準出力回路の出力電圧の温度ドリフトによる電圧変動を大幅に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の基準電圧回路の回路図
【図２】第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図３】第１、第２の最大値調整回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図４】基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図５】ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の構成を示す図
【図６】出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した従来の基準電圧回路の回路図
【図７】ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度特性を示す図
【図８】出力電圧Ｖｒｅｆ とピーク値となる温度ｂの関係を示す図
【図９】出力電圧Ｖｒｅｆ と二次係数ａとの関係を示す図
【符号の説明】
１０ 第１ディプレションＭＯＳ基準電圧回路
１１、２１ ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ
１２、２２ エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ
２０ 第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路
３０ 第１最大値調整回路
３１ 第１オペアンプ回路
３２ 第１トリミング回路
４０ 第２最大値調整回路
４１ 第２オペアンプ回路
４２ 第２トリミング回路
５０ 最大値選択回路
５１ 第１オペアンプ回路
５２ 第２オペアンプ回路
５３ 第１ダイオード
５４ 第２ダイオード
６０ 抵抗
６１ 出力端子
１００ 基準電圧回路
Ｖｏｕｔ 出力電圧
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路を用いて、出力電圧の温度特性を改善した基準電圧回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の構成を示す。このディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２で構成され、それぞれが所定のチャネル長Ｌｄ、Ｌｅ、チャネル幅Ｗｄ、Ｗｅを有している。Ｖｃｃは電源電圧、Ｖｒｅｆ はＭＯＳ基準電圧回路の出力端子８３から出力される出力電圧、ＧＮＤはグランドである。
【０００３】
このディプレションＭＯＳ基準電圧回路の飽和領域での出力電圧Ｖｒｅｆ は、（１）式で表される。
【０００４】
【数２】
Ｖｒｅｆ ＝Ｖｔｈｅ −Ｖｔｈｄ 〔〔ｋｄ ・（Ｗｄ／Ｌｄ）〕／〔ｋｅ ・（Ｗｅ／Ｌｅ）〕〕１／２ ・・・・・（１）
但し、Ｖｔｈｄ はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートしきい値電圧（Ｖ）（Ｖｔｈｄ ＜０）、Ｖｔｈｅ はエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２のゲートしきい値電圧（Ｖ）、ｋｄ はディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１の単位トランスコンダクタンス係数（Ａ／Ｖ２ ）、ｋｅ はエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２の単位トランスコンダクタンス（Ａ／Ｖ２ ）であり、ディプレッションＭＯＳ基準電圧回路８０に流れる電流をＩＤ とすると、飽和領域であるＭＯＳＦＥＴ８１、８２に対してそれぞれ（２）式、（３）式が成り立つ。両式の右辺を等しいとおくことにより（１）式が導かれる。
【０００５】
【数３】
ＩＤ ＝ｋｄ・（Ｗｄ／Ｌｄ）・Ｖｔｈｄ２・・・・（２）
【０００６】
【数４】
ＩＤ ＝ｋｅ・（Ｗｅ／Ｌｅ）・（Ｖｒｅｆ −Ｖｔｈｅ ）２ ・・・（３）
出力電圧Ｖｒｅｆ は、（１）式より明らかなように、電源電圧Ｖｃｃの項を含んでおらず、電源電圧Ｖｃｃが変化しても一定の出力電圧Ｖｒｅｆ を保ことができる。
【０００７】
しかし、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥ８２のしきい値電圧、コンダクタンスおよびサイズ（チャネル長Ｌｄ、Ｌｅ、チャネル幅Ｗｄ、Ｗｅ）が製造ばらつきによりばらつくと、出力電圧Ｖｒｅｆ もそれに伴って変化する。この出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した基準電圧回路をつぎに示す。
【０００８】
図６は、出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した従来の基準電圧回路の要部回路図である。基準電圧回路は、図５のディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０と非反転増幅回路９０で構成される。この非反転増幅回路９０はオペアンプ回路９１と抵抗９３とトリミング回路９２で構成され、このトリミング回路９２の抵抗を調整することで、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した出力電圧を出力端子Ｖｏｕｔ から出力できる。
【０００９】
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ をオペアンプ回路９１とトリミング回路９２で構成される非反転増幅回路９０に入力し、トリミング回路９２を調整する（抵抗値を調整する）ことで、製造ばらつきの影響を受けない安定した基準電圧Ｖｏｕｔ を非反転増幅回路９０（基準電圧回路の出力端子９５）から出力するようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けないディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０と非反転増幅回路９０を用いることで、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ は電源電圧Ｖｃｃの変動や製造のばらつきの影響を排除することができる。
【００１１】
しかし、前記したディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０を構成するディプレション型ＭＯＳＦＥＴ８１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ８２のゲートしきい値電圧や単位トランスコンダクタンス係数は温度特性をもつパラメータのために、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ は温度依存性を持つ。
図７は、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度特性を示す図である。ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化は、上に凸の二次曲線となる。この二次曲線を式で表すと（４）式になる。
【００１２】
【数５】
Ｖｒｅｆ ＝ａ（Ｔ−ｂ）２ ＋ｃ・・・・（４）
〔Ｔは温度、ａは二次係数、ｂは出力電圧Ｖｒｅｆ がピーク値となる温度、ｃは定数である。〕
通常、仕様温度範囲（−２５℃から８５℃）において、出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化を最小とするために、二次曲線のピーク点（ピーク値となる温度ｂ）を仕様温度範囲の中心に位置するように設計する。
【００１３】
しかし、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路８０の出力電圧Ｖｒｅｆ の温度による変化（温度ドリフト）は仕様温度範囲で１０ｍＶ程度と大きい。この出力電圧Ｖｒｅｆ の温度ドリフトはそのまま、基準電圧回路の出力端子９５から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ の温度ドリフトとなるため、基準電圧回路から出力される基準電圧Ｖｏｕｔ の温度ドリフトも１０ｍＶ程度と大きくなる。
【００１４】
このように、基準電圧の温度ドリフトが大きい基準電圧回路は、検出電圧の仕様が厳しいリチウムイオン二次電池充電保護用ＩＣ（集積回路）等に搭載する場合に問題となる。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、基準電圧の温度ドリフトが小さい基準電圧回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴとエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴとが直列接続され、前記ディプレション型ＭＯＳＦＥＴが高電位端子に、前記エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴが低電位側端子にそれぞれ接続され、両ＭＯＳＦＥＴの接続点と両ＭＯＳＦＥＴのゲートとが出力端子に接続されたディプレションＭＯＳ基準電圧回路を有する基準電圧回路であって、
前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度依存性が二次曲線を示し、所定の温度範囲で、前記出力電圧が最大となる温度が異なる複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路と、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路にそれぞれ接続し、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路のそれぞれの出力電圧の最大値を揃える最大値調整回路と、該それぞれの調整回路から出力される出力電圧のうち、最大の出力電圧を出力する最大値選択回路とを具備する構成とする。
【００１６】
また、前記最大値調整回路を、トリミング回路付き非反転増幅回路で構成するとよい。
また、前記最大値選択回路を、オペアンプ回路とダイオードで構成するとよい。
また、前記複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路で、出力電圧の最大値を示す所定の温度をそれぞれ異なるようにするとよい。。
【００１７】
また、前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の数をｎとし、仕様温度範囲の最大値Ｔｍａｘ と最小値Ｔｍｉｎ の差をΔＴとしたとき、出力電圧の最大値を示す所定の温度Ｔｍｎを次式のように決定するとよい。
【００１８】
【数６】
Ｔｍｎ＝Ｔｍｉｎ ＋（２ｍ−１）ΔＴ／（２×ｎ）
〔Ｔｍｎ：温度の低い方からｍ番目にあるディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の最大値を示す温度〕
〔作用〕
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトは、パラメータ（ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ、単位トランスコンダクタンス係数ｋ、サイズ（チャネル長Ｌ、チャネル幅Ｌ））を変化させることで、ピーク値となる温度ｂをずらすことが可能である。
【００１９】
例えば、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路を構成するディプレション型ＭＯＳＦＥＴのチャネル形成領域に打ち込むドーズ量のみを変化させた場合の、常温時の出力電圧Ｖｒｅｆ と、ピーク値となる温度ｂの関係を図８に示し、温度ドリフトの二次係数（（４）式のａのこと）との関係を図９に示す。
ドーズ量を高くすることで、出力電圧Ｖｒｅｆ とピーク値となる温度ｂが共に大きくなり、特にピーク値となる温度ｂの変化が大きい。一方、二次係数ａはドーズ量を大きくすると小さくなるがその変化の度合いは小さい。
【００２０】
前記のことを利用して、例えばドーズ量とチャネル長を変化させることで、出力電圧がピーク値となる温度ｂを任意に設定できる。また、出力電圧のピーク値は、最大値調整回路で調整して、そこから出力される各出力電圧のピーク値を合わせる。このピーク値が同じで、ピーク値となる温度がことなる最大値調整回路から出力される各出力電圧のうち、各温度で、最大となる出力電圧のみを最大値選択回路から出力することで、基準電圧回路の出力電圧の温度ドリフトによる電圧変動を大幅に低減できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の基準電圧回路の回路図である。この基準電圧回路１００は、仕様温度範囲（−２５℃から８５℃）で、出力電圧の温度依存性が二次曲線を示し、この二次曲線のピーク（出力電圧のピーク値）が仕様温度範囲にくる第１と第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の２つのディプレションＭＯＳ基準電圧回路と、第１と第２最大値調整回路３０、４０の２つの最大値調整回路と、１つの最大値選択回路５０（この回路は、通常、最大値回路と言われている回路である）で構成される。第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０は、図５に示す通り、ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ１１、２１とエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ１２、２２で構成される。第１、第２最大値調整回路３０、４０は、この調整回路の出力電圧の最大値を調整する回路であり、第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力が入力される第１、第２オペアンプ回路３１、３２と、出力電圧を調整する第１、第２トリミング回路３２、４２と、第１、第２抵抗３３、４３で構成される。この第１、第２最大値調整回路３０、４０は非反転増幅回路である。最大値選択回路５０は、この選択回路５０に入力される入力電圧のうちで最大の入力電圧を出力する回路であり、第３、第４オペアンプ回路５１、５２と第１、第２ダイオード５３、５４および抵抗６０で構成される。第１、第２ダイオード５３、５４のカソードはそれぞれ接続され、接続点が基準電圧回路の出力電圧を出力する出力端子６１に接続され、この端子から基準電圧回路の出力電圧Ｖｏｕｔ が出力される。
【００２２】
前記の第３、第４オペアンプ回路５１、５２は、カソード同士が接続されていない場合、第１、第２ダイオード５３、５４の順電圧降下分を補正して、Ｖ３＝Ｖ５、Ｖ４＝Ｖ６とする働きをする。
図１において、第１、第２ダイオード５３、５４のカソードが接続されて、Ｖ５＝Ｖ６＝Ｖｏｕｔ となっているため、異なる動作となっている。即ち、Ｖ３ＴＯＶ４のうち大きい方は、それに対応する、オペアンプ回路の出力と等しくなるが、小さい方は対応するオペアンプ回路の出力とは等しくなくなり、当該オペアンプ回路はコンパレータとしての動作を行う。例えば、Ｖ３＞Ｖ４の場合、Ｖ３＝Ｖ５、Ｖ４＜Ｖ６となり、オペアンプ回路５２の出力はその出力電圧範囲の最小値となる。その結果、ダイオード５４は逆バイアスされて、高い電圧であるＶ５が出力端子６１から、基準電圧回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔ として出力される。
【００２３】
また、出力端子６１に接続される抵抗６０以外の回路要素は、出力電圧Ｖｏｕｔ （第１、第２ダイオード５３、５４のカソード電圧）を上昇させるものでしかない。Ｖｏｕｔ がＶ３とＶ４の最大値より大きくならないように抵抗６０はＶｏｕｔ をプルダウンする（低下させる）機能を果している。
また、第１と第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力電圧をＶ１、Ｖ２（図５のＶｒｅｆ に相当する）とし、第１、第２最大値調整回路３０、４０の出力電圧をＶ３、Ｖ４（図６のＶｏｕｔ に相当する）とし、最大値調整回路５０の第１、第２ダイオードから出力される出力電圧をＶ５、Ｖ６とする。
【００２４】
図２は、第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。出力電圧の最大値を示す第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２は、第１、第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０のディプレション型ＭＯＳＦＥＴ１１、２１とエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ１２、２２のゲート長さと幅、チャネル領域の不純物量などを調整して、仕様温度範囲内の所定の温度に設定する。
【００２５】
ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の数をｎとし、仕様温度範囲の最大値Ｔｍａｘ と最小値Ｔｍｉｎ の差をΔＴとしたとき、出力電圧の最大値を示す所定の温度Ｔｍｎを（５）式のように決定することで温度ドリフトを小さくできる。
【００２６】
【数７】
Ｔｍｎ＝Ｔｍｉｎ ＋（２ｍ−１）ΔＴ／（２×ｎ） ・・・・（５）
Ｔｍｎは、各ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の最大値を示す温度のうち温度の低い方からｍ番目のものを示す。
【００２７】
例えば、Ｔｍａｘ ＝８５℃、Ｔｍｉｎ ＝−２５℃とすると、ΔＴ＝１１０℃となり、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路が２個の場合は、所定の温度Ｔ１２、Ｔ２２はつぎのようになる。
Ｔ１２＝−２５℃＋１１０℃／４＝２．５℃
Ｔ２２＝−２５℃＋３×（１１０℃／４）＝５７．５℃
このように、出力電圧の最大値となる温度を決定することで、温度ドリフトを最小とすることができる。
【００２８】
図３は、第１、第２の最大値調整回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。図１の基準電圧回路において、第１、第２トリミング回路３２、４３を調整して、第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路１０、２０の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の最大値を第１、第２最大値調整回路３０、４０を用いて揃える。最大値調整回路３０、４０からの出力電圧Ｖ３、Ｖ４の最大値は同じ値となる。
【００２９】
図４は、基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図である。図１において、第１、第２の最大値調整回路３０、４０の出力電圧が、最大値選択回路の第３オペアンプ回路５１と第４オペアンプ回路５２に入力され、それぞれ出力電圧が第１、第２ダイオード５３、５４のアノードに印加される。第１、第２のカソードから出力される出力電圧Ｖ５、Ｖ６のうち、同一の温度で、大きい方の出力電圧を選択して、最大値選択回路５０の出力電圧、つまり基準電圧回路の出力電圧Ｖｏｕｔ として出力端子６１から出力される。
【００３０】
この最大値選択回路５０から出力される出力電圧は、図４に示すように、−２５℃〜８５℃の温度範囲で、温度ドリフトによる電圧変動は３ｍＶであり、従来の基準電圧回路の電圧変動である１０ｍＶの１／３以下となる。
前記の第１実施例では、ディプレションＭＯＳ基準電圧回路が２つの場合を示したが、この数を増すとで温度ドリフトによる出力電圧の変動をさらに小さくできることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、出力電圧が最大となる温度が異なる複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路を用い、このディプレションＭＯＳ基準電圧回路の最大となる出力電圧を最大値調整回路で揃え、最大値調整回路から出力されるの複数の出力電圧のうち、仕様温度範囲の各温度で、最も高くなる出力電圧を最大値選択回路で選定して出力することで、基準出力回路の出力電圧の温度ドリフトによる電圧変動を大幅に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の基準電圧回路の回路図
【図２】第１、第２のディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図３】第１、第２の最大値調整回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図４】基準電圧回路の出力電圧と温度の関係を示す図
【図５】ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の構成を示す図
【図６】出力電圧Ｖｒｅｆ のばらつきの影響を排除した従来の基準電圧回路の回路図
【図７】ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度特性を示す図
【図８】出力電圧Ｖｒｅｆ とピーク値となる温度ｂの関係を示す図
【図９】出力電圧Ｖｒｅｆ と二次係数ａとの関係を示す図
【符号の説明】
１０ 第１ディプレションＭＯＳ基準電圧回路
１１、２１ ディプレション型ＭＯＳＦＥＴ
１２、２２ エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ
２０ 第２ディプレションＭＯＳ基準電圧回路
３０ 第１最大値調整回路
３１ 第１オペアンプ回路
３２ 第１トリミング回路
４０ 第２最大値調整回路
４１ 第２オペアンプ回路
４２ 第２トリミング回路
５０ 最大値選択回路
５１ 第１オペアンプ回路
５２ 第２オペアンプ回路
５３ 第１ダイオード
５４ 第２ダイオード
６０ 抵抗
６１ 出力端子
１００ 基準電圧回路
Ｖｏｕｔ 出力電圧
Claims (5)
- ディプレション型ＭＯＳＦＥＴとエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴとが直列接続され、前記ディプレション型ＭＯＳＦＥＴが高電位端子に、前記エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴが低電位側端子にそれぞれ接続され、両ＭＯＳＦＥＴの接続点と両ＭＯＳＦＥＴのゲートとが出力端子に接続されたディプレションＭＯＳ基準電圧回路を有する基準電圧回路であって、
前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の出力電圧の温度依存性が二次曲線を示し、所定の温度範囲で、前記出力電圧が最大となる温度が異なる複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路と、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路にそれぞれ接続し、該複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路のそれぞれの出力電圧の最大値を揃える最大値調整回路と、該それぞれの調整回路から出力される出力電圧のうち、最大の出力電圧を出力する最大値選択回路とを具備することを特徴とする基準電圧回路。 - 前記最大値調整回路が、トリミング回路付き非反転増幅回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載の基準電圧回路。
- 前記最大値選択回路が、オペアンプ回路とダイオードで構成されることを特徴とする請求項１に記載の基準電圧回路。
- 前記複数のディプレションＭＯＳ基準電圧回路で、出力電圧の最大値を示す所定の温度が、それぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の基準電圧回路。
- 前記ディプレションＭＯＳ基準電圧回路の数をｎとし、仕様温度範囲の最大値Ｔｍａｘ と最小値Ｔｍｉｎ の差をΔＴとしたとき、出力電圧の最大値を示す所定の温度Ｔｍｎを次式のように決定することを特徴とする請求項４に記載の基準電圧回路。
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