JP2005044051A

JP2005044051A - Reference voltage generating circuit

Info

Publication number: JP2005044051A
Application number: JP2003201443A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Aota; 秀幸青田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP4259941B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reference voltage generating circuit stable even in the fluctuation of a power supply voltage as well as the fluctuation of a process. <P>SOLUTION: This reference voltage generating circuit is composed of; a first power supply voltage adjusting circuit 10 for constantly adjusting a power supply voltage; a second voltage source circuit 20 having a negative temperature coefficient; and a third voltage source circuit 30 having a positive temperature coefficient. The first power supply voltage adjusting circuit 10 supplies the adjusted power supply voltage to second and third voltage source circuits (20, 30), and outputs a reference voltage without any temperature coefficient prepared by adding a voltage with the negative temperature coefficient generated by the second voltage source circuit 20 and a voltage with the positive temperature coefficient generated by the third voltage source circuit 30. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準電圧、電圧比較器の温度補償回路、温度検出回路や温度計などに利用可能な基準電圧発生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載されているゲートの仕事関数差の原理を用いた基準電圧発生回路は、正の温度係数を有する電圧Ｖｐｔａｔと負の温度係数を有する電圧Ｖｐｎを加算して基準電圧Ｖｒｅｆを発生させている。
【０００３】
この特許文献１の基準電圧発生回路の回路図を図８に示す。この回路は、ｎ型チャンネル電界効果トランジスタ（以下単に、ｎ型トランジスタと記す）Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５と抵抗Ｒ１、Ｒ２から構成されている。
ｎ型トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、ｎ型基板のｐウェル内に形成され、各ｎ型トランジスタの基板電位はソース電位と等しい。
【０００４】
また、ｎ型トランジスタＭ１は高濃度ｎ型ゲートを持ち、ｎ型トランジスタＭ２は高濃度ｐ型ゲートを持ち、Ｍ１とＭ２のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｓ＝Ｗ／Ｌが互いに等しい。
【０００５】
また、ｎ型トランジスタＭ３は、高濃度ｎ型ゲートを持ち、ｎ型トランジスタＭ４は低濃度ｎ型ゲートを持ち、Ｍ３とＭ４のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｓ＝Ｗ／Ｌが互いに等しい。
【０００６】
ｎ型トランジスタＭ５と抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ソースフォロア回路で、ノードＶ１でｎ型トランジスタＭ２のゲートと、ノードＶ２でｎ型トランジスタＭ３のゲートと結線している。
【０００７】
ｎ型トランジスタＭ１は、ソース−ゲート結線をして定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ１とＭ２を直列に接続しているので、これらの異種導電型を持つｎ型トランジスタＭ１とＭ２に同一の電流が流れるため、ｎ型トランジスタＭ２のソース−ゲート間電圧がＶｐｎとなる。よって、
Ｖ１＝Ｖｐｎ
Ｖ２＝（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））＊Ｖｐｎ
となる。
【０００８】
またｎ型トランジスタＭ４は、ソース−ゲート結線をして定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ３とＭ４を直列に接続しているので、これらの同一の導電型で不純物濃度のみ異なるゲートを持つｎ型トランジスタＭ３とＭ４に、同一の電流が流れるため、ｎ型トランジスタＭ３のソース−ゲート間電圧は−Ｖｐｔａｔとなる。
ｎ型トランジスタＭ３のゲートにはＶ２が入力しているので、ｎ型トランジスタＭ３のソース電位Ｖ３は、

となる。
【０００９】
図９に、ｎ型トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のソース−ゲート間電圧対ドレイン電流（Ｖｇｓ−Ｉｄ）特性を示す。ｎ型トランジスタＭ１は、ソース−ゲート結線されているので、ドレイン電流Ｉｄ１が流れる。ｎ型トランジスタＭ２は、ｎ型トランジスタＭ１と直列に接続されているので、同様にドレイン電流Ｉｄ１が流れ、そのときのソース−ゲート間電圧Ｖｇｓの差がＶｐｎとなる。また、ｎ型トランジスタＭ４は、ソース−ゲート結線されているので、ドレイン電流Ｉｄ４が流れる。ｎ型トランジスタＭ３は、ｎ型トランジスタＭ４と直列に接続されているので、同様にドレイン電流Ｉｄ４が流れ、そのときのＶｇｓの差がＶｐｔａｔとなり、これらのＶｐｎとＶｐｔａｔの和がＶｒｅｆとなる。
【００１０】
したがって、プロセスの変動により、基板やチャネルドープの不純物濃度がばらついても、すべてのｎ型トランジスタの各濃度も同様にばらつくので、ｎ型トランジスタＭ１〜Ｍ４のＶｇｓ−Ｉｄ特性が図９の関係を保ったまま、左右にずれるだけであり、ＶｐｎやＶｐｔａｔの絶対値にはほとんど影響を与えずに、安定したＶｒｅｆを発生させることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２８４４６４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上述の場合の各ｎ型トランジスタのドレイン−ソース電圧Ｖｄｓは、ｎ型トランジスタＭ５のソース−ゲート間電圧をＶｇｓ５とすると、ｎ型トランジスタＭ１とＭ２の間の電位が（Ｖ１＋Ｖｇｓ５）、ｎ型トランジスタＭ３とＭ４の間の電位がＶ３となるので、
Ｖｄｓ１＝Ｖｃｃ−（Ｖ１＋Ｖｇｓ５）＝Ｖｃｃ−（Ｖｐｎ＋Ｖｇｓ５）
Ｖｄｓ２＝Ｖ１＋Ｖｇｓ５＝Ｖｐｎ＋Ｖｇｓ５
Ｖｄｓ３＝Ｖｃｃ−Ｖ３＝Ｖｃｃ−Ｖｒｅｆ
Ｖｄｓ４＝Ｖ３＝Ｖｆｅｆ
となる。
【００１３】
ＶｐｎあるいはＶｒｅｆは、前記の理由で安定して発生し、回路が正常動作していれば、Ｖｇｓ５も安定しているので、Ｖｄｓ２とＶｄｓ４は安定している。
しかし、電源電圧Ｖｃｃが変動すると、Ｖｄｓ１とＶｄｓ３はＶｃｃに伴って変動してしまう。
【００１４】
図１０に、Ｖｃｃが高くなった場合のＶｇｓ−Ｉｄ特性を示す。図１０に示すようにｎ型トランジスタＭ１、Ｍ３のＶｇｓ−Ｉｄ曲線がずれてしまい、本来のＶｐｎ、Ｖｐｔａｔからそれぞれ、ΔＶｐｎ、ΔＶｐｔａｔ分大きくなるので、Ｖｒｅｆ自体が大きくなってしまう欠点があった。
【００１５】
本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであって、プロセス変動はもとより、電源電圧変動に対しても、安定した基準電圧発生回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すために、電源電圧を一定に調整する第１の電源電圧調整回路と負の温度係数を有する第２の電圧源回路と、正の温度係数を有する第３の電圧源回路から構成しており、前記第１の電源電圧調整回路は、調整後の電源電圧を前記第２および第３の電圧源回路に供給し、前記第２の電圧源回路が発生する負の温度係数を有する電圧と前記第３の電圧源回路が発生する正の温度係数を有する電圧とを加算して作った温度係数を持たない基準電圧を出力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２は、請求項１記載の基準電圧発生回路において、電源電圧を一定に調整する前記第１の電源電圧調整回路が、少なくとも１つ以上のデプレッション型のｎ型電界効果トランジスタから構成されており、前記トランジスタのドレインが電源電圧と、基板電位がグランドと接続しており、また、ソースとゲートが結線されおり、前記ソース−ゲート結線部から前記第２および第３の電圧源回路に調整後の電源電圧を供給することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３は、請求項１記載の基準電圧発生回路において、負の温度係数を有する前記第２の電圧源回路が、異種導電型のゲートを持つ複数の電界効果トランジスタから構成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４は、請求項１記載の基準電圧発生回路において、正の温度係数を有する前記第３の電圧源回路が、同一の導電型で不純物濃度の異なるゲートを持つ複数の電界効果トランジスタから構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項５は、請求項１記載の基準電圧発生回路において、電源電圧を一定に調整する前記第１の電源電圧調整回路が、２つのデプレッション型のｎ型電界効果トランジスタから構成されており、前記トランジスタのそれぞれについて、該トランジスタのドレインが電源電圧と接続し、基板電位がグランドと接続し、また、ソースとゲートが結線されおり、一方の前記トランジスタのソース−ゲート結線部から前記第２の電圧源回路へ、他方の前記トランジスタのソース−ゲート結線部から第３の電圧源回路へ調整後の電源電圧を供給することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以上、図面を参照して本発明の基準電圧発生回路に係る好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の基準電圧発生回路のブロック図である。図１に示すように、基準電圧発生回路は、第１の電源電圧調整回路１０と、第２の電圧源回路２０と、第３の電圧源回路３０とで構成している。
第１の電源電圧調整回路１０は、外部からの電源電圧Ｖｃｃを一定の電圧に調整し、第２および第３の電圧源回路（２０，３０）に供給する。
第２の電圧源回路２０は、負の温度係数を有する電圧Ｖｐｎを発生する。
第３の電圧源回路３０は、正の温度係数を有する電圧Ｖｐｔａｔを発生し、前記Ｖｐｎと加算して、温度係数を持たない基準電圧Ｖｒｅｆを発生する。
【００２２】
図２は、図１の基準電圧発生回路の詳細な回路図である。
本基準電圧発生回路は、ｎ型基板上に構築しており、ｎ型チャンネル電界効果トランジスタ（以下、ｎ型トランジスタと記す）Ｍ１〜Ｍ７と抵抗Ｒ１、Ｒ２から構成されている。また、電圧源回路には、特許文献１に記載されたゲートの仕事関数差の原理を応用した電圧源回路を使用する。
【００２３】
まず、第１の電源電圧調整回路１０は、ｎ型トランジスタＭ６、Ｍ７で構成されている。ｎ型トランジスタＭ６、Ｍ７は、ｎ型基板のｐウェル内に形成されたデプレッション型のｎ型トランジスタであり、それぞれのゲートとソースは結線しており、基板電位はＧＮＤに接地されている。
また、ｎ型トランジスタＭ６のソースは、第２の電圧源回路２０のｎ型トランジスタＭ１のドレインと、ｎ型トランジスタＭ７のソースは、第３の電圧源回路３０のｎ型トランジスタＭ３のドレインと接続している。
【００２４】
次に、第２の電圧源回路２０は、ｎ型トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ５と抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成されている。ｎ型トランジスタＭ１、Ｍ２は、基板やチャネルドープの不純物濃度が等しく、ｎ型基板のｐウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位がソース電位と等しい。
また、ｎ型トランジスタＭ１は、高濃度ｎ型ゲートを持ち、ｎ型トランジスタＭ２は高濃度ｐ型ゲートを持ち、これらのチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｓ＝Ｗ／Ｌが互いに等しい。
【００２５】
このゲートの導電型のみ異なるｎ型トランジスタＭ１とＭ２は、直列に接続され、ｎ型トランジスタＭ１は、ゲートとソースを結線して定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ２は、ｎ型トランジスタＭ５と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２からなるソースフォロア回路によりゲート電位が与えられる。
【００２６】
最後に、第３の電圧源回路３０は、ｎ型トランジスタＭ３、Ｍ４で構成されている。ｎ型トランジスタＭ３、Ｍ４は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、ｎ型基板のｐウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位はソース電位と等しい。
また、ｎ型トランジスタＭ３は、高濃度ｎ型ゲートを持ち、ｎ型トランジスタＭ４は、低濃度ｎ型ゲートを持ち、これらのチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｓ＝Ｗ／Ｌが互いに等しい。
【００２７】
このゲートの不純物濃度のみ異なるｎ型トランジスタＭ３とＭ４は、直列に接続され、ｎ型トランジスタＭ４は、ゲートとソースを結線して定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ３は、ｎ型トランジスタＭ５と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点からゲート電位が与えられる。
【００２８】
次に、図２に示した基準電圧発生回路の動作について説明する。
ｎ型トランジスタＭ１は、ソース−ゲート結線をして定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ１とＭ２を直列に接続しているので、これらの異種導電型を持つｎ型トランジスタＭ１とＭ２に同一の電流が流れるため、ｎ型トランジスタＭ２のソース−ゲート間電圧がＶｐｎとなる。
よって、
Ｖ１＝Ｖｐｎ
Ｖ２＝（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））＊Ｖｐｎ
となる。
【００２９】
また、ｎ型トランジスタＭ４は、ソース−ゲート結線をして定電流源となり、ｎ型トランジスタＭ３とＭ４を直列に接続しているので、これらの同一の導電型で不純物濃度のみ異なるゲートを持つｎ型トランジスタＭ３とＭ４に、同一の電流が流れるため、ｎ型トランジスタＭ３のソース−ゲート間電圧は−Ｖｐｔａｔとなる。ｎ型トランジスタＭ３のゲートにはＶ２が入力しているので、ｎ型トランジスタＭ３のソース電位Ｖ３は、

となる。
【００３０】
次に、図３にｎ型トランジスタＭ６のゲート電位対ドレイン電流（ＶＡ−Ｉｄ）特性を示す。
図３は、電源電圧ＶｃｃをＶｃｃＡ、ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣと高くして変化させ、ｎ型トランジスタＭ６のゲート電位ＶＡを上昇させたときのＭ６に流れるドレイン電流を示したものである。例えば、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのときは、ＶＡがＶｃｃＡに近づくとドレイン電流Ｉｄが急激に減少し、ＶＡ＝ＶｃｃＡでドレイン電流Ｉｄは０となる。
【００３１】
図９より、定電流源のｎ型トランジスタＭ１には電流Ｉｄ１が流れるので、同じ電流パス上にあるｎ型トランジスタＭ６にも同じ電流Ｉｄ１が流れる。
よって、Ｍ６のゲート電位ＶＡは、電源電圧Ｖｃｃに関係なくＶｃｃ１に固定される。但し、図３では、Ｉｄ１が小さすぎて、Ｉｄ１′になったときのＶＡの電位は、Ｖｃｃ１′である。一方、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣであるときのＶＡの電位は、それぞれ高々ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣであり、且つ、Ｖｃｃ１′＜ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣなので、ＶＡの電位はＶｃｃ１′に固定される。
【００３２】
しかし、図３では、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのとき、Ｖｃｃ１′＞ＶｃｃＡとなっているが、このときのＶＡの電位は高々ＶｃｃＡにしかならないはずである。
図４は、この様子を示し、電源電圧Ｖｃｃ対Ｍ６のゲート電圧ＶＡにおけるドレイン電流Ｉｄの変化を示す図である。ドレイン電流がＩｄ１のときは、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡでもＶＡの電位は、一定電圧Ｖｃｃ１になるが、ドレイン電流がＩｄ１′のときは、ＶｃｃはＶｃｃＢより大きくならないと一定電圧Ｖｃｃ１′にならない。
【００３３】
回路の最低電圧がＶｃｃＢでよい場合には問題がないが、ＶｃｃＡの電圧が必要なときには、ｎ型トランジスタＭ６のＷ／Ｌを調整する必要がある。
図１１にＭ６のＷ／Ｌを変えたときのＶＡ−Ｉｄ特性を示した。同図において、曲線Ａ（Ｗ／Ｌ＝ａ）のときは、図３と同じ状態で、ドレイン電流がＩｄ１′で、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのとき、ＶＡの電位は一定電圧Ｖｃｃ１′にならず、高々ＶｃｃＡにしかならない。
しかし、Ｗ／Ｌ＝ｂ（ｂ＜ａ）とすると、曲線Ｂとなり、このｂの値を調整することによって、ドレイン電流がＩｄ１′になっても、例えば、ＶＡの電位を一定電圧Ｖｃｃ１にすることができる。
したがって、ドレイン電流がＩｄ１で、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのときでも、ＶＡの電位を一定電圧Ｖｃｃ１にすることができる。
【００３４】
次に、図５にｎ型トランジスタＭ７のゲート電位対ドレイン電流（ＶＢ−Ｉｄ）特性を示す。図５は、電源電圧ＶｃｃをＶｃｃＡ、ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣと高くして変化させ、ｎ型トランジスタＭ７のゲート電位ＶＢを上昇させたときのＭ７に流れるドレイン電流を示したものである。例えば、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのときは、ＶＢがＶｃｃＡに近づくとドレイン電流Ｉｄが急激に減少し、ＶＢ＝ＶｃｃＡでドレイン電流Ｉｄは０となる。
【００３５】
図９より、定電流源のｎ型トランジスタＭ４には電流Ｉｄ４が流れるので、同じ電流パス上にあるｎ型トランジスタＭ７にも同じ電流Ｉｄ４が流れる。
よって、Ｍ７のゲート電位ＶＢは、電源電圧Ｖｃｃに関係なくＶｃｃ４に固定される。但し、図５では、Ｉｄ４が小さすぎて、Ｉｄ４′になったときのＶＢの電位はＶｃｃ４′になる。一方、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣであるときのＶＢの電位は、それぞれ高々ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣであり、且つ、Ｖｃｃ４′＜ＶｃｃＢ、ＶｃｃＣなので、ＶＢの電位はＶｃｃ４′に固定される。
【００３６】
しかし、図５では、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのとき、Ｖｃｃ４′＞ＶｃｃＡとなっているが、このときのＶＢの電位は高々ＶｃｃＡにしかならないはずである。
図６は、この様子を示し、電源電圧Ｖｃｃ対Ｍ７のゲート電圧ＶＢにおけるドレイン電流Ｉｄの変化を示す図である。ドレイン電流がＩｄ４のときは、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡでもＶＢの電位は、一定電圧Ｖｃｃ４になるが、ドレイン電流がＩｄ４′のときは、ＶｃｃはＶｃｃＢより大きくならないと一定電圧Ｖｃｃ４′にならない。
【００３７】
回路の最低電圧がＶｃｃＢでよい場合には問題がないが、ＶｃｃＡの電圧が必要なときには、ｎ型トランジスタＭ７のＷ／Ｌを調整する必要がある。
図１２にＭ７のＷ／Ｌを変えたときのＶＢ−Ｉｄ特性を示した。同図において、曲線Ａ（Ｗ／Ｌ＝ａ）のときは、図５と同じ状態で、ドレイン電流がＩｄ４′で、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのとき、ＶＢの電位は一定電圧Ｖｃｃ４′にならず、高々ＶｃｃＡにしかならない。
しかし、Ｗ／Ｌ＝ｂ（ｂ＜ａ）とすると、曲線Ｂとなり、このｂの値を調整することによって、ドレイン電流がＩｄ４′になっても、例えば、ＶＢの電位を一定電圧Ｖｃｃ４にすることができる。
したがって、ドレイン電流がＩｄ４で、Ｖｃｃ＝ＶｃｃＡのときでも、ＶＢの電位を一定電圧Ｖｃｃ４にすることができる。
【００３８】
以上のように、ｎ型トランジスタＭ６、Ｍ７を設けることにより、電源電圧Ｖｃｃが変動しても、Ｍ６とＭ７のそれぞれのゲート電位ＶＡとＶＢはそれぞれ一定電圧Ｖｃｃ１とＶｃｃ４に固定される。
【００３９】
したがって、各トランジスタのＶｄｓ（ドレイン−ソース電圧）は、ｎ型トランジスタＭ５のソース−ゲート間電圧をＶｇｓ５とすると、ｎ型トランジスタＭ１とＭ２の間の電位が（Ｖ１＋Ｖｇｓ５）、ｎ型トランジスタＭ３とＭ４の間の電位がＶ３となるので、
Ｖｄｓ１＝ＶＡ−（Ｖ１＋Ｖｇｓ５）＝Ｖｃｃ１−（Ｖｐｎ＋Ｖｇｓ５）
Ｖｄｓ２＝Ｖ１＋Ｖｇｓ５＝Ｖｐｎ＋Ｖｇｓ５
Ｖｄｓ３＝ＶＢ−Ｖ３＝Ｖｃｃ４−Ｖｒｅｆ
Ｖｄｓ４＝Ｖ３＝Ｖｆｅｆ
となる。
【００４０】
Ｖｐｎ、Ｖｒｅｆ、Ｖｇｓ５は、安定して発生し、Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ４もＶｃｃ変動が起こっても一定電圧なので、Ｖｄｓ１〜Ｖｄｓ４は、電源電圧Ｖｃｃ変動に無関係になり、常に一定のＶｄｓとなる。
【００４１】
したがって、図１０に示した電源電圧Ｖｃｃの変動によるＶｇｓ−Ｉｄ特性のずれは生じなくなり、Ｖｒｅｆの変動は起こらない。また、ゲートの仕事関数差の原理を応用しているので、プロセス変動に対してもＶｒｅｆの変動は起こらない。
【００４２】
図７は、本発明の基準電圧発生回路の他の実施形態を示す回路図である。この基準電圧発生回路では、第１の電源電圧調整回路１０がｎ型トランジスタＭ６のみで構成され、ゲートとソースは結線しており、基板電位はＧＮＤに接地されている。
また、第１の電源電圧調整回路１０のソースは、第２の電圧源回路２０のｎ型トランジスタＭ１のドレインとｎ型トランジスタＭ５のドレイン、および第３の電圧源回路３０のｎ型トランジスタＭ３のドレインと接続している。
動作自体は、上述した実施形態とまったく同じであるので、説明は省略する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プロセス変動はもとより、電源電圧変動に対しても、安定した基準電圧発生回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基準電圧発生回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の基準電圧発生回路の詳細な回路図である。
【図３】ｎ型トランジスタＭ６のＶＡ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図４】電源電圧対Ｍ６のゲート電圧におけるドレイン電流の変化を示す図である。
【図５】ｎ型トランジスタＭ７のＶＢ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図６】電源電圧対Ｍ７のゲート電圧におけるドレイン電流の変化を示す図である。
【図７】本発明の基準電圧発生回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図８】従来技術における基準電圧発生回路の回路図である。
【図９】ｎ型トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のＶｇｓ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１０】図９に対して、電源電圧が高くなった場合のＶｇｓ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１１】ｎ型トランジスタＭ６のＷ／Ｌを変えたときのＶＡ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１２】ｎ型トランジスタＭ７のＷ／Ｌを変えたときのＶＢ−Ｉｄ特性を示す図である。
【符号の説明】
１０…第１の電源電圧調整回路、２０…第２の電圧源回路、３０…第３の電圧源回路、Ｍ１…高濃度ｎ型ゲートを持つｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｍ２…高濃度ｐ型ゲートを持つｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｍ３…高濃度ｎ型ゲートを持つｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｍ４…低濃度ｎ型ゲートを持つｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｍ５…ｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｍ６，Ｍ７…デプレッション型のｎ型チャンネル電界効果トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２…抵抗、Ｖｃｃ…電源電圧、Ｖｒｅｆ…基準電圧、Ｖｇｓ…ソース−ゲート間電圧、Ｖｄｓ…ドレイン電流−ソース電圧、Ｖｐｎ…負の温度係数を有する電圧、Ｖｐｔａｔ…正の温度係数を有する電圧、Ｖｇｓ５…Ｍ５のソース−ゲート間電圧。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reference voltage generation circuit that can be used for a reference voltage, a temperature compensation circuit for a voltage comparator, a temperature detection circuit, a thermometer, and the like.
[0002]
[Prior art]
The reference voltage generation circuit using the principle of gate work function difference described in Patent Document 1 generates a reference voltage Vref by adding a voltage Vptat having a positive temperature coefficient and a voltage Vpn having a negative temperature coefficient. I am letting.
[0003]
FIG. 8 shows a circuit diagram of the reference voltage generating circuit disclosed in Patent Document 1. This circuit includes n-type channel field effect transistors (hereinafter simply referred to as n-type transistors) M1, M2, M3, M4, and M5 and resistors R1 and R2.
The n-type transistors M1, M2, M3, and M4 have the same substrate and channel-doped impurity concentration, are formed in the p-well of the n-type substrate, and the substrate potential of each n-type transistor is equal to the source potential.
[0004]
The n-type transistor M1 has a high-concentration n-type gate, the n-type transistor M2 has a high-concentration p-type gate, and the ratio S = W / L of the channel width W and the channel length L of M1 and M2 is equal to each other.
[0005]
The n-type transistor M3 has a high-concentration n-type gate, the n-type transistor M4 has a low-concentration n-type gate, and the ratio S = W / L of the channel width W and the channel length L of M3 and M4 is equal to each other. .
[0006]
The n-type transistor M5 and the resistors R1 and R2 are source follower circuits, and are connected to the gate of the n-type transistor M2 at the node V1 and to the gate of the n-type transistor M3 at the node V2.
[0007]
The n-type transistor M1 has a source-gate connection to become a constant current source, and since the n-type transistors M1 and M2 are connected in series, the n-type transistors M1 and M2 having different conductivity types have the same current. Therefore, the source-gate voltage of the n-type transistor M2 becomes Vpn. Therefore,
V1 = Vpn
V2 = (R2 / (R1 + R2)) * Vpn
It becomes.
[0008]
The n-type transistor M4 has a source-gate connection to become a constant current source, and the n-type transistors M3 and M4 are connected in series. Since the same current flows through the transistors M3 and M4, the source-gate voltage of the n-type transistor M3 is -Vptat.
Since V2 is input to the gate of the n-type transistor M3, the source potential V3 of the n-type transistor M3 is

It becomes.
[0009]
FIG. 9 shows the source-gate voltage versus drain current (Vgs-Id) characteristics of the n-type transistors M1, M2, M3, and M4. Since the n-type transistor M1 is source-gate connected, a drain current Id1 flows. Since the n-type transistor M2 is connected in series with the n-type transistor M1, the drain current Id1 flows similarly, and the difference between the source-gate voltage Vgs at that time becomes Vpn. Further, since the n-type transistor M4 is connected to the source and the gate, the drain current Id4 flows. Since the n-type transistor M3 is connected in series with the n-type transistor M4, the drain current Id4 flows in the same manner, and the difference in Vgs at that time becomes Vptat, and the sum of these Vpn and Vptat becomes Vref.
[0010]
Therefore, even if the impurity concentration of the substrate and the channel dope varies due to process variations, the respective concentrations of all the n-type transistors also vary, so that the Vgs-Id characteristics of the n-type transistors M1 to M4 have the relationship shown in FIG. It is only shifted to the left and right while keeping it, and stable Vref can be generated without substantially affecting the absolute values of Vpn and Vptat.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-284464 [0012]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, the drain-source voltage Vds of each n-type transistor in the case described above is such that the potential between the n-type transistors M1 and M2 is (V1 + Vgs5), where the source-gate voltage of the n-type transistor M5 is Vgs5. Since the potential between the transistors M3 and M4 is V3,
Vds1 = Vcc− (V1 + Vgs5) = Vcc− (Vpn + Vgs5)
Vds2 = V1 + Vgs5 = Vpn + Vgs5
Vds3 = Vcc-V3 = Vcc-Vref
Vds4 = V3 = Vfef
It becomes.
[0013]
Vpn or Vref is generated stably for the above reason, and if the circuit is operating normally, Vgs5 is also stable, so Vds2 and Vds4 are stable.
However, when the power supply voltage Vcc varies, Vds1 and Vds3 vary with Vcc.
[0014]
FIG. 10 shows the Vgs-Id characteristics when Vcc increases. As shown in FIG. 10, the Vgs-Id curves of the n-type transistors M1 and M3 are shifted and become larger from the original Vpn and Vptat by ΔVpn and ΔVptat, respectively, so that there is a drawback that Vref itself becomes larger.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a stable reference voltage generation circuit with respect to power supply voltage fluctuations as well as process fluctuations.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to a constant level, a second voltage source circuit having a negative temperature coefficient, and a third voltage source circuit having a positive temperature coefficient The first power supply voltage adjusting circuit supplies the adjusted power supply voltage to the second and third voltage source circuits, and the negative temperature coefficient generated by the second voltage source circuit And a reference voltage having no temperature coefficient generated by adding a voltage having a positive temperature coefficient generated by the third voltage source circuit.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the reference voltage generating circuit according to the first aspect, the first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to be constant includes at least one depletion type n-type field effect. The transistor has a drain connected to a power supply voltage and a substrate potential connected to the ground, a source and a gate are connected, and the second and third terminals are connected from the source-gate connection portion. The power supply voltage after adjustment is supplied to the voltage source circuit.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the reference voltage generating circuit according to the first aspect, the second voltage source circuit having a negative temperature coefficient includes a plurality of field effect transistors having gates of different conductivity types. It is characterized by that.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the reference voltage generating circuit according to the first aspect, the third voltage source circuit having a positive temperature coefficient has a plurality of field effect transistors having gates having the same conductivity type and different impurity concentrations. It is comprised from these.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the reference voltage generating circuit according to the first aspect, the first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to be constant comprises two depletion type n-type field effect transistors. For each of the transistors, the drain of the transistor is connected to the power supply voltage, the substrate potential is connected to the ground, the source and the gate are connected, and from the source-gate connection portion of one of the transistors The adjusted power supply voltage is supplied from the source-gate connection portion of the other transistor to the third voltage source circuit to the second voltage source circuit.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The preferred embodiments according to the reference voltage generating circuit of the present invention will be described above with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a reference voltage generating circuit according to the present invention. As shown in FIG. 1, the reference voltage generation circuit includes a first power supply voltage adjustment circuit 10, a second voltage source circuit 20, and a third voltage source circuit 30.
The first power supply voltage adjusting circuit 10 adjusts the external power supply voltage Vcc to a constant voltage and supplies it to the second and third voltage source circuits (20, 30).
The second voltage source circuit 20 generates a voltage Vpn having a negative temperature coefficient.
The third voltage source circuit 30 generates a voltage Vptat having a positive temperature coefficient and adds it to the Vpn to generate a reference voltage Vref having no temperature coefficient.
[0022]
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the reference voltage generation circuit of FIG.
This reference voltage generation circuit is constructed on an n-type substrate, and includes n-type channel field effect transistors (hereinafter referred to as n-type transistors) M1 to M7 and resistors R1 and R2. The voltage source circuit uses a voltage source circuit that applies the principle of the work function difference of the gate described in Patent Document 1.
[0023]
First, the first power supply voltage adjustment circuit 10 includes n-type transistors M6 and M7. The n-type transistors M6 and M7 are depletion-type n-type transistors formed in the p-well of the n-type substrate, the gates and sources of which are connected, and the substrate potential is grounded to GND.
The source of the n-type transistor M6 is connected to the drain of the n-type transistor M1 of the second voltage source circuit 20, and the source of the n-type transistor M7 is connected to the drain of the n-type transistor M3 of the third voltage source circuit 30. is doing.
[0024]
Next, the second voltage source circuit 20 includes n-type transistors M1, M2, and M5 and resistors R1 and R2. The n-type transistors M1 and M2 have the same substrate and channel-doped impurity concentration, are formed in the p-well of the n-type substrate, and the substrate potential of each transistor is equal to the source potential.
The n-type transistor M1 has a high-concentration n-type gate, the n-type transistor M2 has a high-concentration p-type gate, and the ratio S = W / L of the channel width W and channel length L is equal to each other.
[0025]
The n-type transistors M1 and M2 having different gate conductivity types are connected in series, the n-type transistor M1 connects the gate and the source to become a constant current source, and the n-type transistor M2 has a resistance different from that of the n-type transistor M5. A gate potential is applied by a source follower circuit composed of R1 and a resistor R2.
[0026]
Finally, the third voltage source circuit 30 includes n-type transistors M3 and M4. The n-type transistors M3 and M4 have the same substrate and channel-doped impurity concentration, are formed in the p-well of the n-type substrate, and the substrate potential of each transistor is equal to the source potential.
The n-type transistor M3 has a high-concentration n-type gate, and the n-type transistor M4 has a low-concentration n-type gate. The ratio S = W / L of the channel width W and the channel length L is equal to each other.
[0027]
The n-type transistors M3 and M4 differing only in the impurity concentration of the gate are connected in series. The n-type transistor M4 is connected to the gate and the source to become a constant current source. A gate potential is applied from the connection point between R1 and resistor R2.
[0028]
Next, the operation of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 2 will be described.
The n-type transistor M1 has a source-gate connection to become a constant current source, and since the n-type transistors M1 and M2 are connected in series, the n-type transistors M1 and M2 having different conductivity types have the same current. Therefore, the source-gate voltage of the n-type transistor M2 becomes Vpn.
Therefore,
V1 = Vpn
V2 = (R2 / (R1 + R2)) * Vpn
It becomes.
[0029]
Further, the n-type transistor M4 has a source-gate connection to become a constant current source, and the n-type transistors M3 and M4 are connected in series. Since the same current flows through the type transistors M3 and M4, the source-gate voltage of the n-type transistor M3 is −Vptat. Since V2 is input to the gate of the n-type transistor M3, the source potential V3 of the n-type transistor M3 is

It becomes.
[0030]
Next, FIG. 3 shows gate potential versus drain current (VA-Id) characteristics of the n-type transistor M6.
FIG. 3 shows the drain current flowing in M6 when the power supply voltage Vcc is changed to VccA, VccB, and VccC and the gate potential VA of the n-type transistor M6 is raised. For example, when Vcc = VccA, when VA approaches VccA, the drain current Id decreases rapidly, and when VA = VccA, the drain current Id becomes zero.
[0031]
From FIG. 9, since the current Id1 flows through the n-type transistor M1 of the constant current source, the same current Id1 also flows through the n-type transistor M6 on the same current path.
Therefore, the gate potential VA of M6 is fixed at Vcc1 regardless of the power supply voltage Vcc. However, in FIG. 3, the potential of VA when Id1 becomes too small and becomes Id1 ′ is Vcc1 ′. On the other hand, the potential of VA when Vcc = VccB and VccC is at most VccB and VccC, respectively, and since Vcc1 ′ <VccB and VccC, the potential of VA is fixed to Vcc1 ′.
[0032]
However, in FIG. 3, when Vcc = VccA, Vcc1 ′> VccA, but the potential of VA at this time should be at most VccA.
FIG. 4 shows this state and is a diagram showing a change in the drain current Id in the gate voltage VA of the power supply voltage Vcc versus M6. When the drain current is Id1, the potential of VA is the constant voltage Vcc1 even when Vcc = VccA. However, when the drain current is Id1 ′, Vcc does not become the constant voltage Vcc1 ′ unless Vcc is greater than VccB.
[0033]
There is no problem if the minimum voltage of the circuit is VccB, but when the voltage of VccA is required, it is necessary to adjust the W / L of the n-type transistor M6.
FIG. 11 shows the VA-Id characteristics when the W / L of M6 is changed. In the same figure, when the curve A (W / L = a), in the same state as in FIG. 3, when the drain current is Id1 ′ and Vcc = VccA, the potential of VA does not become the constant voltage Vcc1 ′. Only VccA.
However, if W / L = b (b <a), the curve B is obtained. By adjusting the value of b, even if the drain current becomes Id1 ′, for example, the potential of VA is set to the constant voltage Vcc1. be able to.
Therefore, even when the drain current is Id1 and Vcc = VccA, the potential of VA can be made constant voltage Vcc1.
[0034]
Next, FIG. 5 shows the gate potential versus drain current (VB-Id) characteristics of the n-type transistor M7. FIG. 5 shows the drain current that flows through M7 when the power supply voltage Vcc is changed to VccA, VccB, and VccC and the gate potential VB of the n-type transistor M7 is raised. For example, when Vcc = VccA, when VB approaches VccA, the drain current Id decreases rapidly, and when VB = VccA, the drain current Id becomes zero.
[0035]
From FIG. 9, since the current Id4 flows through the n-type transistor M4 of the constant current source, the same current Id4 also flows through the n-type transistor M7 on the same current path.
Therefore, the gate potential VB of M7 is fixed at Vcc4 regardless of the power supply voltage Vcc. However, in FIG. 5, when Id4 is too small and becomes Id4 ′, the potential of VB becomes Vcc4 ′. On the other hand, when Vcc = VccB and VccC, the potential of VB is VccB and VccC, respectively, and since Vcc4 ′ <VccB and VccC, the potential of VB is fixed to Vcc4 ′.
[0036]
However, in FIG. 5, when Vcc = VccA, Vcc4 ′> VccA, but the potential of VB at this time should be at most VccA.
FIG. 6 shows this state and is a diagram showing a change in the drain current Id at the gate voltage VB of the power supply voltage Vcc versus M7. When the drain current is Id4, the potential of VB becomes the constant voltage Vcc4 even when Vcc = VccA. However, when the drain current is Id4 ′, Vcc does not become the constant voltage Vcc4 ′ unless Vcc is greater than VccB.
[0037]
There is no problem if the minimum voltage of the circuit is VccB, but when the voltage of VccA is required, it is necessary to adjust the W / L of the n-type transistor M7.
FIG. 12 shows the VB-Id characteristics when the W / L of M7 is changed. In the same figure, when the curve A (W / L = a), in the same state as in FIG. 5, when the drain current is Id4 'and Vcc = VccA, the potential of VB does not become the constant voltage Vcc4'. Only VccA.
However, if W / L = b (b <a), the curve B is obtained. By adjusting the value of b, even if the drain current becomes Id4 ′, for example, the potential of VB is set to the constant voltage Vcc4. be able to.
Therefore, even when the drain current is Id4 and Vcc = VccA, the potential of VB can be made constant voltage Vcc4.
[0038]
As described above, by providing the n-type transistors M6 and M7, the gate potentials VA and VB of M6 and M7 are fixed to the constant voltages Vcc1 and Vcc4, respectively, even if the power supply voltage Vcc varies.
[0039]
Therefore, the Vds (drain-source voltage) of each transistor is such that the potential between the n-type transistors M1 and M2 is (V1 + Vgs5), where the source-gate voltage of the n-type transistor M5 is Vgs5, and the n-type transistors M3 and M4 Since the potential between is V3,
Vds1 = VA− (V1 + Vgs5) = Vcc1− (Vpn + Vgs5)
Vds2 = V1 + Vgs5 = Vpn + Vgs5
Vds3 = VB-V3 = Vcc4-Vref
Vds4 = V3 = Vfef
It becomes.
[0040]
Vpn, Vref, and Vgs5 are generated stably, and Vcc1 and Vcc4 are also constant voltages even if Vcc fluctuations occur. Therefore, Vds1 to Vds4 are independent of the power supply voltage Vcc fluctuations and are always constant Vds.
[0041]
Therefore, the deviation of the Vgs-Id characteristic due to the fluctuation of the power supply voltage Vcc shown in FIG. 10 does not occur, and the fluctuation of Vref does not occur. Further, since the principle of the work function difference of the gate is applied, Vref does not vary even with process variations.
[0042]
FIG. 7 is a circuit diagram showing another embodiment of the reference voltage generating circuit of the present invention. In this reference voltage generating circuit, the first power supply voltage adjusting circuit 10 is composed only of an n-type transistor M6, the gate and source are connected, and the substrate potential is grounded to GND.
The source of the first power supply voltage adjustment circuit 10 is the drain of the n-type transistor M1 and the drain of the n-type transistor M5 of the second voltage source circuit 20 and the n-type transistor M3 of the third voltage source circuit 30. Connected to the drain.
Since the operation itself is exactly the same as that of the above-described embodiment, the description thereof is omitted.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a stable reference voltage generation circuit can be obtained not only with respect to process fluctuations but also against power supply voltage fluctuations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit of the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the reference voltage generation circuit of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing VA-Id characteristics of an n-type transistor M6.
FIG. 4 is a diagram showing a change in drain current at a gate voltage of a power supply voltage pair M6.
FIG. 5 is a diagram showing VB-Id characteristics of an n-type transistor M7.
FIG. 6 is a diagram showing a change in drain current at a gate voltage of a power supply voltage pair M7.
FIG. 7 is a circuit diagram showing another embodiment of the reference voltage generating circuit of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram of a reference voltage generation circuit in the prior art.
FIG. 9 is a diagram showing Vgs-Id characteristics of n-type transistors M1, M2, M3, and M4.
FIG. 10 is a diagram showing Vgs-Id characteristics when the power supply voltage is higher than FIG.
FIG. 11 is a diagram showing VA-Id characteristics when the W / L of the n-type transistor M6 is changed.
FIG. 12 is a diagram showing VB-Id characteristics when the W / L of the n-type transistor M7 is changed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st power supply voltage adjustment circuit, 20 ... 2nd voltage source circuit, 30 ... 3rd voltage source circuit, M1 ... n-type channel field effect transistor with high concentration n-type gate, M2 ... high concentration p-type N-type channel field-effect transistor having a gate, M3... N-type channel field-effect transistor having a high-concentration n-type gate, M4... N-type channel field-effect transistor having a low-concentration n-type gate, M5. M6, M7: Depletion type n-channel field effect transistors, R1, R2: Resistance, Vcc ... Power supply voltage, Vref ... Reference voltage, Vgs ... Source-gate voltage, Vds ... Drain current-source voltage, Vpn ... Negative Voltage having a temperature coefficient of Vptat, voltage having a positive temperature coefficient, Vgs5, between the source and gate of M5. Pressure.

Claims

A first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to be constant; a second voltage source circuit having a negative temperature coefficient; and a third voltage source circuit having a positive temperature coefficient. The power supply voltage adjustment circuit 1 supplies the adjusted power supply voltage to the second and third voltage source circuits, the voltage having a negative temperature coefficient generated by the second voltage source circuit, and the third voltage source circuit. A reference voltage generation circuit that outputs a reference voltage that does not have a temperature coefficient generated by adding a voltage having a positive temperature coefficient generated by a voltage source circuit.

2. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to be constant is composed of at least one depletion type n-type field effect transistor. The drain is connected to the power supply voltage, the substrate potential is connected to the ground, the source and the gate are connected, and the adjusted power supply voltage is supplied from the source-gate connection to the second and third voltage source circuits. A reference voltage generating circuit, characterized by being supplied.

2. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the second voltage source circuit having a negative temperature coefficient is composed of a plurality of field effect transistors having gates of different conductivity types. Generation circuit.

2. The reference voltage generation circuit according to claim 1, wherein the third voltage source circuit having a positive temperature coefficient is composed of a plurality of field effect transistors having gates of the same conductivity type and different impurity concentrations. A characteristic reference voltage generation circuit.

2. The reference voltage generating circuit according to claim 1, wherein the first power supply voltage adjusting circuit for adjusting the power supply voltage to be constant is composed of two depletion-type n-type field effect transistors, and for each of the transistors, The drain of the transistor is connected to the power supply voltage, the substrate potential is connected to the ground, the source and the gate are connected, the source-gate connection part of one of the transistors to the second voltage source circuit, the other A reference voltage generation circuit for supplying an adjusted power supply voltage from a source-gate connection portion of the transistor to a third voltage source circuit.