JP2006033222A - 電流出力型駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】抵抗回路VRには、電流制御回路21を介して負荷1−kの電流が流れる。この負荷電流によって抵抗回路VRに発生する電圧は、制御信号生成回路22において基準電圧Vrefとの差を検出される。制御信号生成回路22では、この電圧差が小さくなるように調節された制御信号Scが生成され、この制御信号Scに応じて電流制御回路に流れる負荷電流が制御される。これにより、負荷電流を微小な値に設定する場合でも、抵抗回路VRに発生する電圧は基準電圧Vrefと同等な大きさになるため、制御信号生成回路22のオフセット誤差の影響による電流設定精度の低下を抑えることができる。
【選択図】 図2
Description
図12に示す電流出力型駆動回路は、n型MOSトランジスタQaと、電流センス抵抗Raと、電流検出増幅回路AMPaと、誤差増幅回路AMPbと、デジタル−アナログ変換回路DACとを有している。
n型MOSトランジスタQaのソースは、電流センス抵抗Raを介して基準電位VSSに接続される。
電流検出増幅回路AMPaは、n型MOSトランジスタQaのソース電流に応じて電流センス抵抗Raに発生する電流検出信号を増幅し、誤差増幅回路AMPbの反転入力端子(−)に入力する。
デジタル−アナログ変換回路DACは、電流設定データDsetに応じたアナログの電流設定信号Ssetを生成して、誤差増幅回路AMPbの非反転入力端子(+)に入力する。
誤差増幅回路AMPbは、非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との電圧差を増幅し、n型MOSトランジスタQaのゲートに入力する。
上記第1の発明によると、上記抵抗回路には、上記電流制御回路を介して負荷電流が流れる。上記制御信号生成回路においては、この負荷電流によって上記抵抗回路に発生する電圧と上記基準電圧との差が検出される。上記制御信号生成回路では、上記電圧差が小さくなるように調節された制御信号が生成され、この制御信号に応じて上記電流制御回路に流れる負荷電流が制御される。
これにより、上記負荷電流を微小な値に設定する場合でも、上記抵抗回路に発生する電圧は上記基準電圧と同等な大きさになるため、上記制御信号生成回路のオフセット誤差の影響による電流設定精度の低下が抑えられる。
したがって、上記電流設定信号で指定されたトランジスタに接続される上記第1の抵抗には、それぞれ、その抵抗値と上記基準電圧の大きさによって決まる所定の電流が流れる。そのため、上記電流設定信号で指定されるトランジスタが増えると、この増えたトランジスタに流れる電流が加算されるため、負荷電流は大きくなる。逆に、上記電流設定信号で指定されるトランジスタが減ると、このトランジスタに流れていた電流分が減るため、負荷電流は小さくなる。
仮に、上記電流制御回路を1つのトランジスタで実現すると、このトランジスタにおいて制御信号を負荷電流に変換するゲインは概ね一定に保たれるが、上記抵抗回路において負荷電流を電圧に変換するゲインは上記抵抗回路の抵抗値に応じて変化する。そのため、負荷電流が変わると、上記抵抗回路の抵抗値が変わり、これに応じて帰還制御のループゲインも変化してしまう。例えば、負荷電流が大きくなると、上記抵抗回路の抵抗値が小さく設定されるため、負荷電流を電圧に変換するゲインが小さくなる。そのため、ループゲインが小さくなって、電流設定の精度が低下する。
これに対し、上記の構成によれば、負荷電流の設定値に応じて負荷電流を制御するトランジスタの数を変化させると、上記電流変換回路の変換ゲインが変化する。例えば、負荷電流を制御するトランジスタの数を増やすと、この増えたトランジスタに流れる電流が負荷電流に加わるため、制御信号の変化量に対する負荷電流の変化量が大きくなり、上記電流変換回路の変換ゲインが大きくなる。
これにより、負荷電流の設定値に応じて上記抵抗回路の抵抗値が変化して、負荷電流を電圧に変換するゲインが変化しても、この変化を打ち消す方向に上記電流制御回路の変換ゲインが変化するため、ループゲインの変化が抑えられる。例えば負荷電流を大きくするために、上記抵抗回路の抵抗値を小さくすると、負荷電流を制御するトランジスタが加わって上記電流制御回路の変換ゲインが大きくなるため、ループゲインの低下が抑えられる。その結果、電流設定の精度の低下が抑制される。
上記構成によると、負荷電流は、上記電流設定信号で指定されるトランジスタに接続される上記第1の抵抗の抵抗値と、上記第2の抵抗の抵抗値との比に応じた大きさになる。上記第1の抵抗および上記第2の抵抗が共通の半導体基板上に形成されると、これらの抵抗値比の絶対精度が高くなるため、上記負荷電流の設定精度が向上する。
上記の構成によると、上記トランジスタ素子は、共通の半導体基板上に等価な構造で形成されることによって互いに近似した特性を有するため、制御信号を負荷電流に変換するゲインが互いに近似する。また、上記抵抗素子は、共通の半導体基板上に等価な構造で形成されることによって互いに近似した抵抗値を有するため、負荷電流を電圧に変換するゲインが互いに近似する。
そのため、例えば上記電流設定信号によって1つトランジスタが指定され、当該指定されたトランジスタにL個のトランジスタ素子が含まれるものとすると、上記制御信号を負荷電流に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子による変換ゲインのL倍に近似する。また、上記指定されたトランジスタと共通に接続される第1の抵抗にM個の抵抗素子が含まれるものとすると、負荷電流を電圧に変換するゲインは、1個の抵抗素子による変換ゲインのM分の1に近似する。したがって、上記指定されたトランジスタとこれに接続される第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子と抵抗素子における変換ゲインの(L/M)倍に近似する。
一方、この(L/M)は上記一定の比を有するため、上記電流設定信号において何れのトランジスタが指定される場合も一定である。
したがって、上記トランジスタと上記第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、上記電流設定信号において何れのトランジスタが指定される場合も一定の値に近似する。
また、上記電流設定信号において複数のトランジスタが指定される場合、当該複数のトランジスタの全体に含まれるトランジスタ素子の総数と、当該複数のトランジスタに接続される複数の第1の抵抗の全体に含まれる抵抗素子の総数との比は、1つのトランジスタが指定される場合と同様、上記一定の比を有する。そのため、指定された複数のトランジスタとこれに接続される複数の第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、1つのトランジスタが指定される場合と同じ一定の値に近似する。
このように、上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインが一定の値に近似するため、負荷電流の設定値の変化に応じたループゲインの変化が抑えられる。
上記第2の発明によると、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットの上記電流制御回路には、上記制御信号生成回路において生成される制御信号が上記第2の選択回路および上記第2の端子を介して入力される。これにより、上記電流制御回路には、入力される制御信号に応じた負荷電流が流れる。この負荷電流は、上記抵抗回路に流れて、上記電流設定信号で設定される抵抗値に応じた電圧を発生させる。上記抵抗回路に発生する電圧は、上記第1の端子から上記第1の選択回路を介して上記制御信号生成回路に入力され、上記基準電圧との差が検出される。上記制御信号生成回路では、上記電圧差が小さくなるように調節された制御信号が生成され、この制御信号に応じて上記電流制御回路に流れる負荷電流が制御される。一方、上記ユニット指定信号で指定されない他の駆動ユニットの上記電流制御回路には、以前に入力された制御信号が保持されており、この保持された制御信号に応じた負荷電流が流れる。
これにより、上記負荷電流を微小な値に設定する場合でも、上記抵抗回路に発生する電圧は上記基準電圧と同等な大きさになるため、上記制御信号生成回路のオフセット誤差の影響による電流設定精度の低下が抑えられる。
また、複数の駆動ユニットにおいて上記制御信号生成回路を共用するため、各駆動ユニットに制御信号生成回路を設ける場合に比べて、回路面積や消費電力が削減される。
したがって、上記電流設定信号で指定されたトランジスタに接続される上記第1の抵抗には、それぞれ、その抵抗値と上記基準電圧の大きさによって決まる所定の電流が流れる。そのため、上記電流設定信号で指定されるトランジスタが増えると、この増えたトランジスタに流れる電流が加算されるため、負荷電流は大きくなる。逆に、上記電流設定信号で指定されるトランジスタが減ると、このトランジスタに流れていた電流分が減るため、負荷電流は小さくなる。すなわち、負荷電流の設定値に応じて負荷電流を制御するトランジスタの数を変化させることにより、上記電流変換回路の変換ゲインを変化させることが可能になる。例えば、負荷電流を制御するトランジスタの数を増やすと、この増えたトランジスタに流れる電流が負荷電流に加わるため、制御信号の変化量に対する負荷電流の変化量が大きくなり、上記電流変換回路の変換ゲインが大きくなる。
これにより、負荷電流の設定値に応じて負荷電流を電圧に変換するゲインが変化しても、この変化を打ち消す方向に上記電流制御回路の変換ゲインが変化するため、帰還制御のループゲインの変化が抑えられる。
上記の構成によると、負荷電流は、上記電流設定信号で指定されるトランジスタに接続される上記第1の抵抗の抵抗値と、上記第2の抵抗の抵抗値との比に応じた大きさになる。上記第1の抵抗および上記第2の抵抗が共通の半導体基板上に形成されると、これらの抵抗値比の絶対精度が高くなるため、上記負荷電流の設定精度が高くなる。
上記の構成においても、負荷電流は、上記電流設定信号で指定されるトランジスタに接続される上記第1の抵抗の抵抗値と、上記第2の抵抗の抵抗値との比に応じた大きさになる。そのため、上記第1の抵抗および上記第2の抵抗が共通の半導体基板上に形成されると、これらの抵抗値比の絶対精度が高くなるため、上記負荷電流の設定精度が高くなる。
また、上記の構成によれば、複数の駆動ユニットにおいて電流源が共用されるため、駆動ユニット間の電流設定値のばらつきが小さくなる。
上記の構成によると、上記トランジスタ素子は、共通の半導体基板上に等価な構造で形成されることによって互いに近似した特性を有するため、制御信号を負荷電流に変換するゲインが互いに近似する。また、上記抵抗素子は、共通の半導体基板上に等価な構造で形成されることによって互いに近似した抵抗値を有するため、負荷電流を電圧に変換するゲインが互いに近似する。
そのため、例えば上記電流設定信号によって1つトランジスタが指定され、当該指定されたトランジスタにL個のトランジスタ素子が含まれるものとすると、上記制御信号を負荷電流に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子による変換ゲインのL倍に近似する。また、上記指定されたトランジスタと共通に接続される第1の抵抗にM個の抵抗素子が含まれるものとすると、負荷電流を電圧に変換するゲインは、1個の抵抗素子による変換ゲインのM分の1に近似する。したがって、上記指定されたトランジスタとこれに接続される第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子と抵抗素子における変換ゲインの(L/M)倍に近似する。
一方、この(L/M)は上記一定の比を有するため、上記電流設定信号において何れのトランジスタが指定される場合も一定である。
したがって、上記トランジスタと上記第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、上記電流設定信号において何れのトランジスタが指定される場合も一定の値に近似する。
また、上記電流設定信号において複数のトランジスタが指定される場合、当該複数のトランジスタの全体に含まれるトランジスタ素子の総数と、当該複数のトランジスタに接続される複数の第1の抵抗の全体に含まれる抵抗素子の総数との比は、1つのトランジスタが指定される場合と同様、上記一定の比を有する。そのため、指定された複数のトランジスタとこれに接続される複数の第1の抵抗とにおいて上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインは、1つのトランジスタが指定される場合と同じ一定の値に近似する。
このように、上記制御信号を上記第1の抵抗の電圧に変換するゲインが一定の値に近似するため、負荷電流の設定値の変化に応じたループゲインの変化が抑えられる。
上記の構成によると、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットに入力される上記電流設定信号において、上記複数のトランジスタが何れも指定されていない場合、上記制御信号生成回路には、上記第3のトランジスタと上記第3の抵抗との接続ノードに発生する電圧が上記第1の端子および上記第1の選択回路を介して入力される。そして、上記制御信号生成回路において生成される制御信号は、上記第2の選択回路および上記第2の端子を介して、上記第3のトランジスタに入力される。これにより、上記制御信号生成回路では、上記第3の抵抗に発生する電圧と上記基準電圧との差が小さくなるように上記制御信号を調節する帰還制御が働くため、帰還ループの切断により生じる上記制御信号の不定状態が防止される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電流出力型駆動回路の構成の一例を示す図である。
図1に示す電流出力型駆動回路は、例えばLED等の一定電流で駆動される負荷1−1,…,1−m(mは1より大きい任意の整数を示す。以下同じ。)を駆動する駆動ユニット2−1,…,2−mを有する。
図2に示す駆動ユニット2−kは、電流制御回路21と、制御信号生成回路22と、抵抗回路VRと、抵抗Rfと、電流源CM1とを有する。
電流制御回路21は、本発明の電流制御回路の一実施形態である。
抵抗回路VRは、本発明の抵抗回路の一実施形態である。
制御信号生成回路22は、本発明の制御信号生成回路の一実施形態である。
抵抗回路VRは、例えば、複数の抵抗とスイッチによって構成されており、このスイッチのオンとオフを電流設定信号Dkのビット値に応じて切り替えることによって抵抗値を変化させる。
制御信号生成回路22は、例えば演算増幅器で構成されており、抵抗回路VRに発生する電圧と基準電圧Vrefとの差を高いゲインで増幅することによって制御信号Scを生成する。
抵抗Rfに基準電流Iが流れることにより、抵抗Rfには基準電圧Vrefが発生する。この基準電圧Vrefが、上述した制御信号生成回路22に入力される。
これにより、負荷電流を微小な値に設定する場合でも、抵抗回路VRに発生する電圧は基準電圧Vrefと同等な大きさになるため、制御信号生成回路22のオフセット誤差の影響による電流設定精度の低下を抑えることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図3に示す電流出力型駆動回路は、nチャンネルMOS型のトランジスタQ1,…,Qnと、電流センス抵抗R1,…,Rnと、抵抗Rfと、スイッチSWA1,…,SWAnと、スイッチSWB1,…,SWBnと、スイッチSWC1,…,SWCnと、制御信号生成回路22と、電流源CM1とを有する。
トランジスタQ1,…,Qnは、本発明のトランジスタの一実施形態である。
電流センス抵抗R1,…,Rnは、本発明の第1の抵抗の一実施形態である。
スイッチSWA1,…,SWAnならびにスイッチSWB1,…,SWBnを有する回路は、本発明の制御信号入力回路の一実施形態である。
スイッチSWC1,…,SWCnを有する回路は、本発明のスイッチ回路の一実施形態である。
電流源CM1は、本発明の電流源の一実施形態である。
抵抗Rfは、本発明の第2の抵抗の一実施形態である。
図3の例において、トランジスタQi(iは1からnまでの整数を示す。以下同じ。)は、等価な構造のトランジスタ素子を2i-1個並列に接続して構成される。この場合、各トランジスタ素子は近似した特性を有するため、トランジスタQ1とトランジスタQiに同一のゲート−ソース間電圧を与えると、トランジスタQiにはトランジスタQ1に流れる電流の2i-1倍に近似した電流が流れる。また、ゲートに入力する制御信号Scの電圧変化を負荷電流の変化に変換するゲイン(すなわち相互コンダクタンス)について比較すると、トランジスタQiはトランジスタQ1に対して概ね2i-1倍になる。
図3の例において、電流センス抵抗Riは、等価な抵抗素子を2i-1個並列に接続して構成される。この場合、各トランジスタ素子は近似した抵抗値を有するため、電流センス抵抗Riは電流センス抵抗R1に対して概ね2i-1分の1の抵抗値を有する。電流変化を電圧変化に変換するゲインについて比較すると、電流センス抵抗Riは電流センス抵抗R1に対して概ね2i-1分の1になる。
nビットの電流設定信号Dkにおいて、第1ビットを最下位ビット、第nビットを最上位ビットとした場合、スイッチSWCiは、電流設定信号Dkの第iビットの値に応じてオンまたはオフする。すなわち、スイッチSWCiは、第iビットの値が‘1’の場合にオンし、‘0’の場合にオフする。
この制御信号入力回路は、n個のトランジスタQ1〜Qnのうち、電流設定信号Dkで指定されるトランジスタのゲートに、制御信号生成回路22で生成される制御信号Scを入力し、他のトランジスタのゲートには、当該トランジスタをオフさせる制御信号として基準電位Vssを入力する。
したがって、電流設定信号Dkで指定されたトランジスタに直列接続される抵抗(R1〜Rn)には、それぞれ、その抵抗値と基準電圧Vrefの大きさによって決まる所定の電流が流れる。例えば電流設定信号Dkの第iビットが‘1’に設定されてトランジスタQiに負荷電流が流れる場合、このトランジスタQiに直列接続される電流センス抵抗Riには、概ね‘Vref/(r/2i-1)’の電流が流れる。
負荷電流を制御するトランジスタが増減すると、トランジスタQ1〜Qnで構成される電流制御回路の相互コンダクタンスが変化する。例えば、負荷電流を制御するトランジスタの数を増やすと、この増えたトランジスタに流れる電流が負荷電流に加わるため、制御信号Scの変化量に対する負荷電流の変化量が大きくなり、電流制御回路(Q1〜Qn)の全体の相互コンダクタンスが大きくなる。
例えば、負荷電流を大きくするために、抵抗回路(SWC1〜SWCnおよびR1〜Rn)の抵抗値rtを小さくすると、負荷電流を制御するトランジスタが追加されて電流制御回路(Q1〜Qn)の相互コンダクタンスが大きくなるため、ループゲインの低下を抑制することができる。その結果、ループゲインの低下による電流設定の精度の低下を抑えることができる。
ループゲインの変化が抑制されることにより、帰還制御の安定性が高くなるという利点もある。
そのため、例えば電流設定信号Dkによって1つトランジスタQiが指定され、当該指定されたトランジスタQiにL個のトランジスタ素子が含まれるものとすると、制御信号Scを負荷電流に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子による変換ゲインのL倍に近似する。また、このトランジスタQiと共通に接続される電流センス抵抗RiにM個の抵抗素子が含まれるものとすると、負荷電流を電圧に変換するゲインは、1個の抵抗素子による変換ゲインのM分の1に近似する。したがって、トランジスタQiとこれに接続される電流センス抵抗Riとにおいて制御信号Scを電流センス抵抗Riの電圧に変換するゲインは、1個のトランジスタ素子と抵抗素子における変換ゲインの(L/M)倍に近似する。
一方、トランジスタQiに含まれるトランジスタ素子の個数Lと、電流センス抵抗Riに含まれる抵抗素子の個数Mとの比(L/M)は、L=M=2i-1であるため、(L/M)=1となり、一定の比に設定されている。すなわち、電流設定信号Dkにおいて何れのトランジスタが指定される場合も比(L/M)は一定である。
したがって、トランジスタQiと電流センス抵抗Riとにおいて制御信号Scを電流センス抵抗Riの電圧に変換するゲインは、電流設定信号Dkにおいてどのトランジスタが指定されても一定の値に近似する。
また、電流設定信号Dkにおいて複数のトランジスタが指定される場合、当該複数のトランジスタの全体に含まれるトランジスタ素子の総数と、当該複数のトランジスタに接続される複数の電流センス抵抗の全体に含まれる抵抗素子の総数との比は、1つのトランジスタが指定される場合と同様、一定の比(L/M)を有する。そのため、指定された複数のトランジスタとこれに接続される複数の電流センス抵抗とにおいて制御信号Scを電流センス抵抗の電圧に変換するゲインは、1つのトランジスタが指定される場合と同じ一定の値に近似する。
このように、制御信号Scを電流センス抵抗の電圧に変換するゲインが一定の値に近似するため、負荷電流の設定値の変化に応じたループゲインの変化をより小さく抑えることができる。
また、トランジスタ素子および抵抗素子を共通の半導体基板上に形成することにより、これらの素子の特性の温度による変化が概ね等しくなるため、電流設定精度の温度変化によるばらつきを小さく抑えることができる。
したがって、電流センス抵抗(R1〜Rn)と抵抗Rfとを共通の半導体基板上に形成することにより、これらの抵抗値の比を高い精度で所定の比に設定できるため、負荷電流の設定精度を高めることができる。
また、電流センス抵抗(R1〜Rn)と抵抗Rfとを共通の半導体基板上に形成することによって、両者の温度が近似するため、温度による電流精度のばらつきを小さく抑えることもできる。
図4に示すようにノードN1の電圧Voutがばらつく場合、ゲート電圧Vgateを広範囲に変化させることによって、トランジスタの動作が飽和領域および非飽和領域の何れにあっても、負荷電流Ioutを一定に保つことができる。
これに対して、図3に示す駆動ユニットでは、トランジスタQ1〜Qnを非飽和領域でも動作させることができるため、ノードN1の電圧Voutを、基準電圧Vref(=I×rf)を下限値として、これに近い電圧まで下げることが可能である。これにより、電源電圧を低く設定して、消費電力を削減することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図5に示す電流出力型駆動回路は、図1に示す電流出力型駆動回路における駆動ユニット2−1〜2−mを後述する駆動ユニット2B−1〜2B−mにそれぞれ置換し、制御信号生成回路3と選択回路4,5,6とを追加したものである。
なお、制御信号生成回路3は、本発明の制御信号生成回路の一実施形態である。
選択回路5は、本発明の第1の選択回路の一実施形態である。
選択回路6は、本発明の第2の選択回路の一実施形態である。
選択回路4は、例えば、各駆動ユニットの端子T1と制御信号生成回路3の入力端子とを接続するm個のスイッチSW4[1]〜SW5[m]を有している。ユニット指定信号Suにおいて駆動ユニット2B−kが指定された場合、その端子T1に接続されるスイッチSW4[k]がオンし、指定されない他のスイッチがオフする。
選択回路5は、例えば、各駆動ユニットの端子T2と制御信号生成回路3の入力端子とを接続するm個のスイッチSW5[1]〜SW5[m]を有している。ユニット指定信号Suにおいて駆動ユニット2B−kが指定された場合、その端子T2に接続されるスイッチSW5[k]がオンし、指定されない他のスイッチがオフする。
制御信号生成回路3は、例えば演算増幅器で構成されており、選択回路4から出力される基準電圧Vrefと選択回路5から出力される電圧との差を高いゲインで増幅することによって制御信号Scを生成する。
選択回路5は、例えば、各駆動ユニットの端子T3と制御信号生成回路3の出力端子とを接続するm個のスイッチSW5[1]〜SW5[m]を有している。ユニット指定信号Suにおいて駆動ユニット2B−kが指定された場合、その端子T3に接続されるスイッチSW6[k]がオンし、指定されない他のスイッチがオフする。
図6に示す駆動ユニットは、図2に示す駆動ユニットにおける制御信号生成回路22を削除し、電流制御回路21を後述する電流制御回路21Bに置換し、更に、端子T1,T2,T3を設けたものである。
電流制御回路21Bは、本発明の電流制御回路の一実施形態である。
端子T2は、本発明の第1の端子の一実施形態である。
端子T3は、本発明の第2の端子の一実施形態である。
電流制御回路21Bにおいて制御された負荷電流は、抵抗回路VRに流れて、電流設定信号Dkで設定される抵抗値に応じた電圧を発生させる。この抵抗回路VRの電圧は、端子T2から選択回路5を介して制御信号生成回路3に入力される。
また、ユニット指定信号Suで指定される駆動ユニットにおいて生成された基準電圧Vrefは、選択回路4を介して制御信号生成回路3に入力される。
制御信号生成回路3では、選択回路5から出力される抵抗回路VRの電圧と選択回路4から出力される基準電圧Vrefとの差を検出され、この電圧差が小さくなるように調節された制御信号Scが生成される。
したがって、ユニット指定信号Suで指定される駆動ユニット2B−kにおいては、図2に示す駆動ユニット2−kと同様な帰還制御によって、電流設定信号Dkに応じた負荷電流が生成される。
一方、ユニット指定信号Scで指定されない他の駆動ユニットの電流制御回路21Bには、以前に入力された制御信号が例えば寄生容量やキャパシタ等によって保持されており、この保持された制御信号に応じた負荷電流が流れる。
このように、本実施形態に係る電流出力型駆動回路によれば、複数の駆動ユニットにおいて1つの制御信号生成回路3を共用することができるため、各駆動ユニットに制御信号生成回路を設ける場合に比べて、回路面積や消費電力を削減することができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
なお、選択回路4は、本発明の第3の選択回路の一実施形態である。
図7に示す駆動ユニット2C−kは、図3に示す駆動ユニット2A−kにおける制御信号生成回路22を削除し、端子T1,T2,T3とキャパシタChとを追加したものであり、他の構成は図3に示す駆動ユニット2A−kと同じである。
なお、電流源CM1は、本発明の電流源の一実施形態である。
抵抗Rfは、本発明の第2の抵抗の一実施形態である。
端子T1は、本発明の第3の端子の一実施形態である。
図8は、2つの駆動ユニット2C−kおよび2C−(k+1)において生成される負荷電流Iout(k)およびIout(k+1)と制御信号Scの波形、ならびに、これらの駆動ユニットに接続される選択回路4〜6の各スイッチの状態の一例を示す図である。
また、電流設定信号(D1〜Dn)で指定されるトランジスタとその直列抵抗(R1〜Rn)との接続ノード(N3−1〜N3−n)は、スイッチ回路(SWC1〜SWCn)によって端子T2に共通に接続される。
その結果、電流設定信号Dkで指定されるトランジスタと直列に接続される電流センス抵抗(R1〜Rn)には、それぞれ、その抵抗値と基準電圧Vrefの大きさによって決まる所定の電流が流れ、全体の負荷電流Ioutは式(1)で表される値になる。
すなわち、負荷電流の設定値に応じて抵抗回路(SWC1〜SWCnおよびR1〜Rn)の抵抗値rtが変化し、負荷電流を電圧に変換するゲインが変化しても、この変化を打ち消す方向に電流制御回路(Q1〜Qn)の相互コンダクタンスが変化する。
したがって、本実施形態に係る電流出力型駆動回路においても、ループゲインの変化を抑制することができる。
これにより、図3に示す駆動ユニットと同様に、電流制御回路(Q1〜Qn)と抵抗回路(SWC1〜SWCnおよびR1〜Rn)におけるトータルのゲインが負荷電流の設定値に依らず一定の値に近似するため、帰還制御のループゲインの変化をより小さく抑えることができる。
加えて、トランジスタ素子や抵抗素子を共通の半導体基板上に形成することにより、電流設定精度の温度変化によるばらつきを小さく抑えることができる。
例えば図8(D)〜(G)に示すように、駆動ユニット2C−kから2C−(k+1)への切り替えが行われる期間X2と期間X5との間において、スイッチSW6[k]を先にオフさせた後で、スイッチSW4[k]およびSW5[k]をオフさせても良い。
選択回路4〜6の接続を切り替えるとき、帰還制御のループが一時的に切れるため、制御信号Scにノイズを生じるが、このように選択回路6を先に切り離すことによって、ノイズによる電流制御回路21BのキャパシタChやゲート容量成分の誤充電を防止できるため、電流設定の誤差を抑えることができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
図9に示す駆動ユニット2C−kは、図7に示す駆動ユニット2C−kに対してnチャンネルMOS型のトランジスタQ0と、電流センス抵抗R0と、スイッチSWA0,SWB0およびSWC0とを追加したものであり、他の構成は図8に示す駆動ユニット2C−kと同じである。
なお、トランジスタQ0は、本発明の第3のトランジスタの一実施形態である。
電流センス抵抗R0は、本発明の第3の抵抗の一実施形態である。
スイッチSWA0,…,SWAnならびにスイッチSWB0,…,SWBnを有する回路は、本発明の制御信号入力回路の一実施形態である。
スイッチSWC0,…,SWCnを有する回路は、本発明のスイッチ回路の一実施形態である。
駆動ユニット2C−kのスイッチ回路(SWC1〜SWCn)と異なる点は、電流設定信号DkにおいてトランジスタQ1〜Qnを何れも指定されない場合に、トランジスタQ0と電流センス抵抗R0との接続ノードN3−0を端子T2に接続する点にある。
すなわち、n個のトランジスタQ1〜Qnのうち、電流設定信号Dkで指定されるトランジスタのゲートに端子T3の制御信号Scを入力し、他のトランジスタのゲートには、当該トランジスタをオフさせる制御信号として基準電位Vssを入力する。
駆動ユニット2C−kにおける制御信号入力回路(SWA1〜SWAnおよびSWB1〜SWBn)と異なる点は、電流設定信号DkにおいてトランジスタQ1〜Qnを何れも指定されない場合に、端子T3から入力される制御信号ScをトランジスタQ0のゲートに入力し、トランジスタQ1〜Qnのゲートに基準電位VSSを入力する点にある。
スイッチSWA0は、トランジスタQ0のゲートと基準電位VSSとの間に接続されており、電流設定信号DkにおいてトランジスタQ1〜Qnが何れも指定されていない場合、すなわち電流設定信号Dkの全ビットが‘0’の場合にオフし、その他の場合はオンする。
図10は、負荷電流Ioutと制御信号Scの波形、ならびに、選択回路4〜6の各スイッチの状態の一例を示す図である。
これにより、制御信号生成回路3では、電流センス抵抗R0に発生する電圧と基準電圧Vrefとの差が小さくなるように制御信号Scを調節する帰還制御が働くため、帰還ループが切れることはなくなり、図10(B)の実線に示すように、制御信号Scが不定な状態になることを防止できる。そのため、図10(A)の実線に示すように、切り替え当初における負荷電流Iout[k]の変動を微小に抑えることができる。
例えば、電流センス抵抗R0の抵抗値を電流センス抵抗R1の抵抗値rの100倍に設定して、トランジスタQ0に流れる電流をトランジスタQ1に流れる電流の100分の1に設定する場合、この100分の1の電流を流すために必要なトランジスタQ0のゲート−ソース間電圧と、帰還動作時のトランジスタQ1のゲート−ソース間電圧とがほぼ等しくなるように、トランジスタQ0の駆動能力を設定すれば良い。
このように、トランジスタQ0および電流センス抵抗R0に流れる電流を微小に設定することによって、消費電力の増加を抑えることができる。
次に、本発明の第6の実施形態を説明する。
図11に示す電流出力型駆動回路は、図5に示す電流出力型駆動回路における駆動ユニット2B−1〜2B−mを次に述べる駆動ユニット2E−1〜2E−mに置換して、これに電流源CM2と選択回路7とを追加したものである。他の構成は、図5に示す電流出力型駆動回路と同じである。
なお、選択回路7は、本発明の第4の選択回路の一実施形態である。
選択回路4は、本発明の第5の選択回路の一実施形態である。
電流源CM2は、本発明の電流源の一実施形態である。
すなわち、ユニット指定信号Suで選択される駆動ユニットの端子T1を、制御信号生成回路3の入力端子に接続する。
このように、本実施形態に係る電流出力型駆動回路によれば、複数の駆動ユニットにおいて電流源CM2が共用されるため、駆動ユニット間の電流設定値のばらつきを小さくすることができる。これにより、複数の負荷電流を高い精度で設定することができる。
Claims (10)
- 入力される電流設定信号に応じた電流を負荷に流す電流出力型駆動回路であって、
負荷電流が流れる第1のノードと第2のノードとの間に接続され、入力される制御信号に応じて上記負荷電流を制御する電流制御回路と、
上記電流制御回路と上記第2のノードとを接続する配線上に挿入され、上記電流設定信号に応じて抵抗値が設定される抵抗回路と、
入力される基準電圧と上記抵抗回路に発生する電圧との差が小さくなるように調節した上記電流制御回路の制御信号を生成する制御信号生成回路と、
を有する電流出力型駆動回路。 - 上記電流制御回路は、上記第1のノードと上記第2のノードとの間に並列に接続される複数のトランジスタを含み、
上記抵抗回路は、
上記複数のトランジスタと上記第2のノードとを接続する配線上に挿入される複数の第1の抵抗と、
上記複数のトランジスタのうち、上記電流設定信号で指定されるトランジスタと上記第1の抵抗との接続ノードを共通に接続するスイッチ回路と、
を含み、
上記制御信号生成回路は、上記スイッチ回路によって共通接続されたノードに発生する電圧と上記基準電圧との差が小さくなるように調節した上記制御信号を生成し、
上記電流設定信号で指定されるトランジスタに上記制御信号生成回路で生成された制御信号を入力し、他のトランジスタには当該トランジスタをオフさせる制御信号を入力する制御信号入力回路を更に有する、
請求項1に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記第1の抵抗と共通の半導体基板上に形成される第2の抵抗と、
上記第2の抵抗に所定の電流を流す電流源と、
を有し、
上記制御信号生成回路は、上記第2の抵抗に発生する電圧を上記基準電圧として入力する、
請求項2に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記トランジスタは、上記半導体基板上において互いに等価な構造で形成される1つまたは複数の並列接続されたトランジスタ素子を含み、
上記第1の抵抗は、上記半導体基板上において互いに等価な構造で形成される1つまたは複数の並列接続された抵抗素子を含み、
上記トランジスタに含まれる上記トランジスタ素子の数と、上記第1の抵抗に含まれる上記抵抗素子の数との比が、共通に接続される上記トランジスタと上記第1の抵抗との間で一定の比に設定される、
請求項3に記載の電流出力型駆動回路。 - 入力される電流設定信号に応じた電流を負荷に流す複数の駆動ユニットを有する電流出力型駆動回路であって、
上記駆動ユニットは、
負荷電流が流れる第1のノードと第2のノードとの間に接続され、入力される制御信号を保持し、当該保持した制御信号に応じて上記負荷電流を制御する電流制御回路と、
上記電流制御回路と上記第2のノードとを接続する配線上に挿入され、上記電流設定信号に応じて抵抗値が設定される抵抗回路と、
上記抵抗回路に発生する電圧を出力する第1の端子と、
上記電流制御回路に入力するための制御信号を入力する第2の端子と、
をそれぞれ含んでおり、
上記複数の駆動ユニットのうち、入力されるユニット指定信号で指定された駆動ユニットの上記第1の端子を選択し、当該選択した端子から出力される電圧を出力する第1の選択回路と、
入力される基準電圧と上記第1の選択回路から出力される電圧との差が小さくなるように調節した上記電流制御回路の制御信号を生成する制御信号生成回路と、
上記複数の駆動ユニットのうち、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットの上記第2の端子を選択し、当該選択した端子に上記制御信号生成回路で生成された制御信号を入力する第2の選択回路と、
を有する、
電流出力型駆動回路。 - 上記電流制御回路は、上記第1のノードと上記第2のノードとの間に並列に接続される複数のトランジスタを含み、
上記抵抗回路は、
上記複数のトランジスタと上記第2のノードとを接続する配線上に挿入される複数の第1の抵抗と、
上記複数のトランジスタのうち、上記電流設定信号で指定されるトランジスタと上記第1の抵抗との接続ノードを上記第1の端子に共通に接続するスイッチ回路と、
を含み、
上記駆動ユニットは、上記複数のトランジスタのうち、上記電流設定信号で指定されるトランジスタに上記第2の端子から入力される制御信号を入力し、他のトランジスタには当該トランジスタをオフさせる制御信号を入力する制御信号入力回路をそれぞれ含む、
請求項5に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記駆動ユニットは、
上記第1の抵抗と共通の半導体基板上に形成される第2の抵抗と、
上記第2の抵抗に所定の電流を流す電流源と、
上記第2の抵抗に発生する電圧を上記基準電圧として出力する第3の端子と、
をそれぞれ含んでおり、
上記複数の駆動ユニットのうち、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットの上記第3の端子を選択し、当該選択した端子から出力される基準電圧を上記制御信号生成回路に入力する第3の選択回路を更に有する、
請求項6に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記駆動ユニットは、
上記第1の抵抗と共通の半導体基板上に形成される第2の抵抗と、
上記第2の抵抗に流れる電流を入力する第3の端子と、
をそれぞれ含んでおり、
所定の電流を出力する電流源と、
上記複数の駆動ユニットのうち、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットの上記第3の端子を選択し、当該選択した端子に上記電流源の電流を入力する第4の選択回路と、
上記複数の駆動ユニットのうち、上記ユニット指定信号で指定される駆動ユニットの上記第2の抵抗を選択し、当該選択した抵抗に発生する電圧を上記基準電圧として上記制御信号生成回路に入力する第5の選択回路と、
を更に有する、
請求項6に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記トランジスタは、上記半導体基板上において互いに等価な構造で形成される1つまたは複数の並列接続されたトランジスタ素子を含み、
上記第1の抵抗は、上記半導体基板上において互いに等価な構造で形成される1つまたは複数の並列接続された抵抗素子を含み、
上記トランジスタに含まれる上記トランジスタ素子の数と、上記第1の抵抗に含まれる上記抵抗素子の数との比が、共通に接続される上記トランジスタと上記第1の抵抗との間で一定の比に設定される、
請求項8に記載の電流出力型駆動回路。 - 上記駆動ユニットは、
入力される制御信号に応じた電流が流れる第3のトランジスタと、
一方の端子が上記第3のトランジスタに接続され、他方の端子が上記第2のノードに接続される第3の抵抗と、
をそれぞれ含んでおり、
上記スイッチ回路は、上記電流設定信号において上記複数のトランジスタを何れも指定されない場合、上記第3のトランジスタと上記第3の抵抗との接続ノードを上記第1の端子に接続し、
上記制御信号入力回路は、上記電流設定信号において上記複数のトランジスタを何れも指定されない場合、上記第2の端子から入力される制御信号を上記第3のトランジスタに入力し、上記複数のトランジスタには当該トランジスタをオフさせる制御信号をそれぞれ入力する、
請求項6に記載の電流出力型駆動回路。
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