JP2007219856A - Constant voltage power source circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、差動入力信号が入力される定電圧電源回路に関する。 The present invention relates to a constant voltage power supply circuit to which a differential input signal is input.
近年、リニアレギュレータ、LDO(Low Drop Out)レギュレータ、シリーズレギュレータなどの定電圧電源回路は、各種機器に搭載されている(例えば、特許文献1参照。)。そして、移動体通信機器などの用途では、リップルリジェクション特性の向上やノイズ特性の低減が求められ、帰還回路のトータルループゲインの増加に対応するために帰還回路の3段増幅構成が主流となっている。3段増幅構成では、2段増幅構成の場合と比べ、極周波数の数が増加して位相補正が困難となる。また、移動体通信機器などに搭載されるLSIの高集積度化、低消費電力化に伴い、定電圧電源回路には、低飽和で、且つ出力電圧の低いものが要求されている。 In recent years, constant voltage power supply circuits such as linear regulators, LDO (Low Drop Out) regulators, and series regulators are mounted on various devices (see, for example, Patent Document 1). In applications such as mobile communication devices, improvement in ripple rejection characteristics and reduction in noise characteristics are required, and a three-stage amplification configuration of the feedback circuit becomes the mainstream in order to cope with an increase in the total loop gain of the feedback circuit. ing. Compared with the two-stage amplification configuration, the three-stage amplification configuration increases the number of pole frequencies and makes phase correction difficult. In addition, with high integration and low power consumption of LSIs mounted on mobile communication devices and the like, constant voltage power supply circuits are required to have low saturation and low output voltage.
ところが、定電圧電源回路の電源電圧としての入力電圧の低下に伴い、定電圧電源回路の出力電圧と入力される基準電圧とが近づくと、位相余裕が低下して位相補正がより困難となる問題点がある。
本発明は、基準電圧と出力電圧の差が小さい領域でも位相余裕を大きくできる定電圧電源回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a constant voltage power supply circuit capable of increasing a phase margin even in a region where a difference between a reference voltage and an output voltage is small.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の定電圧電源回路は、基準電圧発生回路から出力される第1の基準電圧を入力し、前記第1の基準電圧よりも低電圧の第2の基準電圧を発生する基準電圧降圧手段と、高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のトランジスタが設けられ、差動増幅動作する差動入力段を有する1段或いは複数段から構成される差動増幅部と、前記高電位側電源側に設けられ、前記差動増幅部から出力される信号を入力して増幅動作する出力トランジスタと、前記出力トランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続され、抵抗分割した電圧を前記差動入力段の入力側に帰還電圧として出力する複数の抵抗とを有し、前記出力トランジスタと前記複数の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a constant voltage power supply circuit according to one embodiment of the present invention receives a first reference voltage output from a reference voltage generation circuit, and outputs a second voltage lower than the first reference voltage. The reference voltage step-down means for generating the reference voltage, and the first and the second are provided between the high-potential side power source and the low-potential side power source, input the second reference voltage to the input side, and form a differential pair And a differential amplifying unit composed of one or a plurality of stages having a differential input stage that performs differential amplifying operation, and provided on the high-potential-side power supply side and output from the differential amplifying unit. An output transistor that performs an amplification operation by inputting a signal, and a plurality of output transistors connected in cascade between the output transistor and the low-potential-side power supply, and output a resistance-divided voltage as a feedback voltage to the input side of the differential input stage A resistor, and the output transistor and the front Characterized by comprising an output stage for outputting an output voltage from between the plurality of resistors.
更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様の定電圧電源回路は、基準電圧発生回路から出力される第1の基準電圧を入力し、前記第1の基準電圧よりも低電圧の第2の基準電圧を発生する基準電圧降圧手段と、高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のトランジスタが設けられ、差動増幅動作する差動入力段と、前記高電位側電源と前記低電位側電源の間に設けられ、前記差動入力段から出力される信号を入力して増幅動作する増幅段と、前記高電位側電源側に設けられ、前記増幅段から出力される信号を入力して増幅動作する出力トランジスタと、前記出力トランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続され、抵抗分割した電圧を前記差動入力段の入力側に帰還電圧として出力する複数の抵抗とを有し、前記出力トランジスタと前記複数の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段とを具備することを特徴とする。 Furthermore, in order to achieve the above object, a constant voltage power supply circuit according to another aspect of the present invention receives a first reference voltage output from a reference voltage generation circuit, and has a lower voltage than the first reference voltage. A reference voltage step-down means for generating a second reference voltage; and a first and a second pair that are provided between a high-potential-side power supply and a low-potential-side power supply, input the second reference voltage to the input side, and form a differential pair A second transistor is provided, and is provided between a differential input stage that performs differential amplification operation, and between the high-potential side power supply and the low-potential side power supply, and receives a signal output from the differential input stage. An amplifying stage that performs an amplifying operation, an output transistor that is provided on the high-potential-side power supply side and that amplifies by receiving a signal output from the amplifying stage, and a cascade connection between the output transistor and the low-potential-side power supply The voltage divided by the resistance is input to the input side of the differential input stage. And a plurality of resistors for outputting a feedback voltage, characterized by comprising an output stage for outputting an output voltage from between said plurality of resistors and the output transistor.
本発明によれば、基準電圧と出力電圧の差が小さい領域でも位相余裕を大きくできる定電圧電源回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a constant voltage power supply circuit capable of increasing the phase margin even in a region where the difference between the reference voltage and the output voltage is small.
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の実施例1に係る定電圧電源回路について、図面を参照して説明する。図1は定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータを示す回路図である。本実施例では、シリーズレギュレータの出力部の出力トランジスタにPch MOSトランジスタを用いている。
First, a constant voltage power supply circuit according to
図1に示すように、シリーズレギュレータ1には、抵抗分割部3、差動増幅部4、及び出力段5が設けられ、基準電圧発生回路2から発生される基準電圧Vref1を入力し、出力段5から出力電圧Voutを出力する。
As shown in FIG. 1, the
基準電圧発生回路2は、高電位側電源Vcc1と低電位側電源Vssの間に設けられ、例えば、BGR(Band Gap Reference)回路から構成され、電圧変動が少なく、且つ温度変化の少ない安定した、例えば、1.2Vの基準電圧Vref1を発生する。ここで、シリーズレギュレータ1の通常使用時、低電位側電源Vssは、一般的に接地電位と同電位に設定される。
The reference
抵抗分割部3は、基準電圧発生回路2と差動増幅部4の間に配置され、縦続接続された抵抗R1及び抵抗R2から構成されている。抵抗R1は、一端が基準電圧発生回路2の基準電圧Vref1を出力する出力側に接続され、他端が抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2は、他端が低電位側電源Vssに接続されている。抵抗分割部3に入力された基準電圧Vref1は、抵抗R1及び抵抗R2により抵抗分割され、抵抗R1と抵抗R2の間から基準電圧Vref1を降圧した、例えば、0.6Vの基準電圧Vref2(この場合、抵抗R1と抵抗R2は同じ抵抗値)が出力される。ここで、抵抗分割部3を抵抗R1及び抵抗R2で構成しているが、適宜3つ以上の複数の抵抗で構成してもよい。
The resistor dividing
差動増幅部4は、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)と低電位側電源Vssの間に設けられ、抵抗分割部3と出力段5の間に配置され、入力側の(―)側に基準電圧Vref2を入力し、入力側の(+)側に出力段5から出力される帰還電圧としての抵抗分割電圧Vaを入力し、差動増幅した信号を出力する。ここで、差動増幅部4は、差動増幅動作する差動入力段を含め、1段或いは複数段で構成される。
The differential amplifying
出力段5は、Pch MOSトランジスタである出力トランジスタPT1、抵抗R3、及び抵抗R4から構成されている。出力トランジスタPT1は、ソースが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ゲートに差動増幅部4から出力される信号を入力して増幅動作する。抵抗R3は、一端が出力トランジスタPT1のドレインに接続され、他端が抵抗R4の一端に接続されている。抵抗R4は、他端が低電位側電源Vssに接続されている。抵抗R3と抵抗R4の間から抵抗分割電圧Vaが帰還電圧として差動増幅部4の入力側の(+)側に入力される。出力トランジスタPT1のドレインと抵抗R3の間から出力電圧Voutが出力される。ここで、出力トランジスタPT1及び抵抗R3の間と低電位側電源Vssの間に出力電圧Voutを安定化するための安定化コンデンサCoutが設けられている。ここで、帰還電圧としての抵抗分割電圧Vaを抵抗R3及びR4を用いて発生させているが、適宜3つ以上の複数の抵抗で構成してもよい。
The
MOSトランジスタは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とも呼称される。ここで、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜からなるMOSトランジスタを用いているが、シリコン酸化膜を熱窒化したSiNxOy膜、シリコン窒化膜(Si3N4)/シリコン酸化膜の積層膜、或いは高誘電体膜(High−Kゲート絶縁膜)等がゲート絶縁膜となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor))を用いてもよい。 The MOS transistor is also called a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Here, a MOS transistor in which the gate insulating film is formed of a silicon oxide film is used. However, a SiNxOy film obtained by thermally nitriding a silicon oxide film, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) / silicon oxide film laminated film, or a high dielectric A MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) in which a body film (High-K gate insulating film) or the like becomes a gate insulating film may be used.
ここで、基準電圧Vref、出力電圧Vout、帰還電圧として抵抗分割電圧Vaを発生させる抵抗R3及びR4の関係は、一般的に、
R4/(R3+R4)≒Vref/Vout・・・・・・・・・・・・式(1)
で表され、出力電圧Voutは抵抗R3と抵抗R4の抵抗比により調整される。
Here, in general, the relationship between the reference voltage Vref, the output voltage Vout, and the resistors R3 and R4 that generate the resistance divided voltage Va as a feedback voltage is as follows:
R4 / (R3 + R4) ≒ Vref / Vout ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (1)
The output voltage Vout is adjusted by the resistance ratio of the resistors R3 and R4.
次に、シリーズレギュレータの周波数に対する利得及び位相特性について、図面を参照して説明する。図2は本実施例のシリーズレギュレータの周波数に対する利得及び位相の関係を示す図、図中の実線(a)は本実施例の周波数と利得の関係を示し、図中の破線(b)は本実施例の周波数と位相の関係を示し、図3は従来のシリーズレギュレータの周波数に対する利得及び位相の関係を示す図、図中の実線(a)は従来の周波数と利得の関係を示し、図中の破線(b)は従来の周波数と位相の関係を示す。ここで、差動増幅部は差動入力段と差動入力段の信号を入力して増幅動作する増幅段の2段構成である。また、従来のシリーズレギュレータでは、抵抗分割部を設けずに基準電圧発生回路から出力される基準電圧を直接入力している。 Next, gain and phase characteristics with respect to the frequency of the series regulator will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the gain and phase with respect to the frequency of the series regulator of the present embodiment, the solid line (a) in the diagram shows the relationship between the frequency and the gain of the present embodiment, and the broken line (b) in the diagram is this diagram. 3 shows the relationship between the frequency and phase of the embodiment, FIG. 3 shows the relationship between the gain and phase with respect to the frequency of the conventional series regulator, and the solid line (a) in the drawing shows the relationship between the conventional frequency and gain. The broken line (b) indicates the relationship between the conventional frequency and phase. Here, the differential amplifying unit has a two-stage configuration of a differential input stage and an amplifying stage that amplifies and inputs signals from the differential input stage. Further, in the conventional series regulator, the reference voltage output from the reference voltage generation circuit is directly input without providing a resistor divider.
図2に示すように、本実施例では、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が、例えば、3Vから1.5Vに低下した場合、利得0dBの周波数における位相余裕は20゜である。この理由は、基準電圧Vref1(1.2V)を抵抗分割部3により基準電圧Vref2(0.6V)と降圧して使用しているので、基準電圧Vref2と出力電圧Voutの差を大きくでき、シリーズレギュレータ1が3段構成であっても出力電圧Voutが3V仕様の場合と同様に位相余裕を確保することができる。ここで、位相が−180゜での利得余裕は30dBである。なお、出力電圧Voutが3V仕様での特性は図示及び説明を省略する。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, when the high-potential-side power supply Vcc2 (Vin) voltage specification as the input power supply is reduced and the output voltage Vout specification is reduced from 3 V to 1.5 V, for example, the gain is 0 dB. The phase margin at this frequency is 20 °. This is because the reference voltage Vref1 (1.2V) is stepped down from the reference voltage Vref2 (0.6V) by the
一方、図3に示すように、従来(抵抗分割部3が設けられていない場合)では、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が、例えば、3Vから1.5Vに低下した場合、利得0dBの周波数における位相余裕は2゜である。この理由は、基準電圧Vref1(1.2V)を使用しているので、基準電圧Vref1(1.2V)と出力電圧Vout(1.5V)の差が小さくなり、出力電圧Voutが3V仕様の場合の位相余裕と比較してシリーズレギュレータ1が、例えば、3段構成の場合、位相余裕を確保することが困難となる。ここで、位相が−180゜での利得余裕は20dBである。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the conventional case (when the
上述したように、本実施例の定電圧電源回路では、抵抗分割部3、差動増幅部4及び出力段5が設けられている。抵抗分割部3に入力された基準電圧Vref1は、抵抗R1及び抵抗R2により抵抗分割され、抵抗R1と抵抗R2の間から基準電圧Vref1を降圧した基準電圧Vref2が出力される。差動増幅部4は入力側の(―)側に基準電圧Vref2を入力し、入力側の(+)側に出力段5から出力される帰還電圧としての抵抗分割電圧Vaを入力し、増幅した信号を出力する。出力段5は Pch MOSトランジスタである出力トランジスタPT1、抵抗R3、及び抵抗R4から構成されている。出力トランジスタPT1は、ゲートに差動増幅部4から出力される信号を入力して増幅動作する。抵抗R3と抵抗R4の間から抵抗分割電圧Vaが帰還電圧として差動増幅部4の入力側の(+)側に入力される。
As described above, in the constant voltage power supply circuit of this embodiment, the
このため、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が低下した場合でも、基準電圧Vref1を抵抗分割部3により基準電圧Vref2に降圧して使用しているので、基準電圧Vref2と出力電圧Voutの差を大きくでき、位相余裕を確保することができる。
For this reason, even when the voltage specification of the high potential side power supply Vcc2 (Vin) as the input power supply is lowered and the specification of the output voltage Vout is lowered, the reference voltage Vref1 is stepped down to the reference voltage Vref2 by the
なお、本実施例では、入力側に抵抗分割部を設けて基準電圧を下げたシリーズレギュレータについて説明したが、リニアレギュレータやLDOレギュレータなどにも適用できる。 In this embodiment, the series regulator in which the resistance divider is provided on the input side to reduce the reference voltage has been described. However, the present invention can also be applied to a linear regulator, an LDO regulator, or the like.
次に、本発明の実施例2に係る定電圧電源回路について、図面を参照して説明する。図4は定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータを示す回路図である。本実施例では、3段増幅のシリーズレギュレータをMOSトランジスタで構成している。
Next, a constant voltage power supply circuit according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図4に示すように、シリーズレギュレータ1aには、レベルシフト回路6、差動入力段11、増幅段12、及び出力段13が設けられ、基準電圧発生回路2から発生される基準電圧Vref1を入力し、出力段13から出力電圧Voutを出力する。
As shown in FIG. 4, the series regulator 1 a is provided with a level shift circuit 6, a differential input stage 11, an
レベルシフト回路6は、基準電圧発生回路2と差動入力段11の間に配置され、基準電圧Vref1を出力する基準電圧発生回路2の出力側と低電位側電源Vssの間に設けられ、基準電圧Vref1を降圧した、例えば、V=0.6Vの基準電圧Vref2を発生する。
The level shift circuit 6 is disposed between the reference
差動入力段11は、レベルシフト回路6と増幅段12の間に配置され、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)と低電位側電源Vssの間に設けられ、Pch MOSトランジスタMP1、Pch MOSトランジスタMP2、及びNch MOSトランジスタMN1乃至MN3から構成されている。
The differential input stage 11 is disposed between the level shift circuit 6 and the
Pch MOSトランジスタMP1は、ソースが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ゲートがドレインに接続され、ドレインがNch MOSトランジスタMN1のドレインに接続されている。Pch MOSトランジスタMP2は、ソースが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ゲートがPch MOSトランジスタMP1のゲートに接続され、ドレインがNch MOSトランジスタMN2のドレインに接続されている。Pch MOSトランジスタMP1及びMP2はカレントミラー回路を構成し、負荷として一定電流をNch MOSトランジスタMN1及びMN2に供給する。 The Pch MOS transistor MP1 has a source connected to the high potential side power supply Vcc2 (Vin), a gate connected to the drain, and a drain connected to the drain of the Nch MOS transistor MN1. The Pch MOS transistor MP2 has a source connected to the high potential side power supply Vcc2 (Vin), a gate connected to the gate of the Pch MOS transistor MP1, and a drain connected to the drain of the Nch MOS transistor MN2. The Pch MOS transistors MP1 and MP2 constitute a current mirror circuit, and supply a constant current to the Nch MOS transistors MN1 and MN2 as a load.
Nch MOSトランジスタMN1は、ゲートに基準電圧Vref2を入力する(差動入力段11の入力側の(−)側として入力する)。Nch MOSトランジスタMN2は、ゲートに出力段13の抵抗分割された電圧を帰還電圧として入力する(差動入力段11の入力側の(+)側として入力する)。Pch MOSトランジスタMP2のドレインとNch MOSトランジスタMN2のドレインの間から差動増幅された信号が出力される。 The Nch MOS transistor MN1 inputs the reference voltage Vref2 to the gate (input as the (−) side on the input side of the differential input stage 11). The Nch MOS transistor MN2 inputs the voltage obtained by dividing the resistance of the output stage 13 to the gate as a feedback voltage (inputs as the (+) side on the input side of the differential input stage 11). A differentially amplified signal is output from between the drain of the Pch MOS transistor MP2 and the drain of the Nch MOS transistor MN2.
Nch MOSトランジスタMN3は、ドレインがNch MOSトランジスタMN1及びMN2のソースに接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートにバイアス電圧Vbが入力される。バイアス電圧Vbは、Pch MOSトランジスタMP1、Pch MOSトランジスタMP2、Nch MOSトランジスタMN1、Nch MOSトランジスタMN2、及びNch MOSトランジスタMN3が飽和領域で動作するように所定の電圧に設定されている。 The Nch MOS transistor MN3 has a drain connected to the sources of the Nch MOS transistors MN1 and MN2, a source connected to the low potential power source Vss, and a bias voltage Vb input to the gate. The bias voltage Vb is set to a predetermined voltage so that the Pch MOS transistor MP1, the Pch MOS transistor MP2, the Nch MOS transistor MN1, the Nch MOS transistor MN2, and the Nch MOS transistor MN3 operate in the saturation region.
増幅段12は、差動入力段11と出力段13の間に配置され、高電位側電源Vcc2(Vin)と低電位側電源Vssの間に設けられ、Pch MOSトランジスタMP3とNch MOSトランジスタMN4から構成されている。
The
Pch MOSトランジスタMP3は、ソースが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ゲートに差動入力段11から出力された信号を入力して増幅動作する。Nch MOSトランジスタMN4は、ドレインがPch MOSトランジスタMP3のドレインに接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートにバイアス電圧Vbが入力される。ここで、バイアス電圧Vbは、Pch MOSトランジスタMP3とNch MOSトランジスタMN4が飽和領域で動作するように所定の電圧に設定されている。 The source of the Pch MOS transistor MP3 is connected to the high potential side power supply Vcc2 (Vin), and the signal output from the differential input stage 11 is input to the gate to perform an amplification operation. The Nch MOS transistor MN4 has a drain connected to the drain of the Pch MOS transistor MP3, a source connected to the low potential power source Vss, and a bias voltage Vb input to the gate. Here, the bias voltage Vb is set to a predetermined voltage so that the Pch MOS transistor MP3 and the Nch MOS transistor MN4 operate in the saturation region.
出力段13は、高電位側電源Vcc2(Vin)と低電位側電源Vssの間に設けられ、Pch MOSトランジスタMP4、コンデンサC1、及び抵抗R11乃至R13から構成されている。 The output stage 13 is provided between the high potential side power supply Vcc2 (Vin) and the low potential side power supply Vss, and includes a Pch MOS transistor MP4, a capacitor C1, and resistors R11 to R13.
Pch MOSトランジスタMP4は、ソースが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ゲートに増幅段12から出力された信号を入力して増幅動作する。抵抗R11は、一端がPch MOSトランジスタMP4のドレインに接続され、他端が抵抗R12の一端に接続されている。抵抗R12は、他端が低電位側電源Vssに接続されている。コンデンサC1は、一端がPch MOSトランジスタMP4のドレインに接続され、他端が抵抗R13の一端に接続されている。抵抗R13は、他端が抵抗R11と抵抗R12の間に接続されている。
The source of the Pch MOS transistor MP4 is connected to the high potential side power supply Vcc2 (Vin), and the signal output from the
Pch MOSトランジスタMP4のドレインと抵抗R11の間から出力電圧VouTが出力される。コンデンサC1と抵抗R13の間から抵抗分割された電圧が帰還電圧として差動入力段11のNch MOSトランジスタMN2のゲートに入力される。ここで、コンデンサC1及び抵抗R13は、シリーズレギュレータ1aの高周波領域での位相余裕を向上させるために設けられたものであり、例えば、抵抗R13は抵抗R11乃至R13とコンデンサC1から構成される回路部のゼロ(Zx)と極(Px)の周波数を引き離す役割をする。 An output voltage VouT is output from between the drain of the Pch MOS transistor MP4 and the resistor R11. A voltage obtained by resistance division between the capacitor C1 and the resistor R13 is input to the gate of the Nch MOS transistor MN2 of the differential input stage 11 as a feedback voltage. Here, the capacitor C1 and the resistor R13 are provided in order to improve the phase margin in the high frequency region of the series regulator 1a. For example, the resistor R13 is a circuit unit including resistors R11 to R13 and the capacitor C1. It serves to separate the frequencies of zero (Zx) and pole (Px).
次に、図1に示すコンデンサC1と抵抗R13間の電圧であるV1、抵抗R11と抵抗R12間の電圧であるV2、出力電圧Voutの関係について説明する。
抵抗R11と抵抗R12間の電圧であるV2は、
R12/(R11+R12)≒Vref2/Vout・・・・・・・・・・・・・・式(2)
で表されるので、
V2≒Vref2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(3)
となる。
Next, the relationship between the voltage V1 between the capacitor C1 and the resistor R13 shown in FIG. 1, the voltage V2 between the resistor R11 and the resistor R12, and the output voltage Vout will be described.
The voltage V2 between the resistor R11 and the resistor R12 is
R12 / (R11 + R12) ≒ Vref2 / Vout ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (2)
Is represented by
V2 ≒ Vref2 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (3)
It becomes.
また、V1/Voutの利得AVは、
AV=R12/(R11+R12) ・・・・・・・・・・・・・・・・・式(4)
で表されるので、利得AVは出力分割抵抗比となっている。そして、V1/Voutの伝達関数で発生するゼロ周波数fZ1とポール周波数fP1は、V1と低電位側電源Vss間の容量がコンデンサC1の容量であるC1に比べて十分小さく設定されているので、それぞれ、
fZ1=R12/{2πC1(R11・R12+R12・R13+R11・R13)} ・・・・式(5)
fP1=(R11+R12)/{2πC1(R11・R12+R12・R13+R11・R13)}・・・・式(6)
と表され、式(5)と式(6)から、
fZ1/fP1=R12/(R11+R12)・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(7)
で表され、ゼロ周波数fZ1とポール周波数fP1の関係は、
fZ1<fP1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(8)
であることがわかる。また、低い出力電圧Voutの場合、式(7)からfZ1/fP1が1に近づくことがわかる。
The gain AV of V1 / Vout is
AV = R12 / (R11 + R12) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (4)
Therefore, the gain AV is the output division resistance ratio. The zero frequency fZ1 and pole frequency fP1 generated by the transfer function of V1 / Vout is the capacitance between the V1 and the low-potential power source Vss is set sufficiently smaller than the C 1 is a capacitance of the capacitor C1, Respectively,
fZ1 = R12 / {2πC 1 (R11 · R12 + R12 · R13 + R11 · R13)} ... (5)
fP1 = (R11 + R12) / {2πC 1 (R11 · R12 + R12 · R13 + R11 · R13)} ··· Equation (6)
From the equations (5) and (6),
fZ1 / fP1 = R12 / (R11 + R12) ........... Formula (7)
The relationship between the zero frequency fZ1 and the pole frequency fP1 is
fZ1 <fP1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (8)
It can be seen that it is. In addition, in the case of the low output voltage Vout, it can be seen from the equation (7) that fZ1 / fP1 approaches 1.
次に、シリーズレギュレータの周波数に対する位相特性について、図面を参照して説明する。図5はシリーズレギュレータの周波数に対するV1/Vout位相特性を示す図、図中の実線(a)は本実施例の特性を示し、図中の破線(b)は従来の特性を示す。ここで、従来のシリーズレギュレータでは、レベルシフト回路を設けずに基準電圧発生回路から出力される基準電圧を直接入力している。 Next, phase characteristics with respect to frequency of the series regulator will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing the V1 / Vout phase characteristics with respect to the frequency of the series regulator, the solid line (a) in the figure shows the characteristics of this example, and the broken line (b) in the figure shows the conventional characteristics. Here, in the conventional series regulator, the reference voltage output from the reference voltage generation circuit is directly input without providing the level shift circuit.
図5に示すように、従来(レベルシフト回路6が設けられていない場合)では、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が、例えば、3Vから1.5Vに低下した場合、位相回復が7.8゜しかない。この理由は、位相余裕を向上させるためにコンデンサC1及び抵抗R13を設けているが、基準電圧Vref1(1.2V)を使用しているので、基準電圧Vref1(1.2V)と出力電圧Vout(1.5V)の差が小さくなり、位相補正の効果が少ないことがわかる。 As shown in FIG. 5, in the conventional case (when the level shift circuit 6 is not provided), the high-potential-side power supply Vcc2 (Vin) voltage specification as the input power supply is lowered, and the specification of the output voltage Vout is, for example, from 3V When it drops to 1.5V, the phase recovery is only 7.8 °. This is because the capacitor C1 and the resistor R13 are provided to improve the phase margin, but the reference voltage Vref1 (1.2V) is used, so the reference voltage Vref1 (1.2V) and the output voltage Vout ( 1.5V) is small, and it can be seen that the effect of phase correction is small.
一方、本実施例では、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が、例えば、3Vから1.5Vに低下した場合でも、位相回復が26.5゜ある。この理由は、基準電圧Vref1(1.2V)をレベルシフト回路6により基準電圧Vref2(0.6V)と降圧して使用しているので、基準電圧Vref2と出力電圧Voutの差を大きくでき、シリーズレギュレータ1が3段構成であっても出力電圧Voutが3V仕様の場合と同様に位相補正の効果が大きくできることがわかる。
On the other hand, in this embodiment, even when the high-potential-side power supply Vcc2 (Vin) voltage specification as the input power supply decreases and the output voltage Vout specification decreases from 3 V to 1.5 V, for example, the phase recovery is 26.5. There is ゜. This is because the reference voltage Vref1 (1.2V) is stepped down from the reference voltage Vref2 (0.6V) by the level shift circuit 6 so that the difference between the reference voltage Vref2 and the output voltage Vout can be increased. It can be seen that even if the
上述したように、本実施例の定電圧電源回路では、レベルシフト回路6、差動入力段11、増幅段12、及び出力段13が設けられている。レベルシフト回路6に入力された基準電圧Vref1は、降圧され基準電圧Vref2が出力される。差動入力段11は入力側の(―)側に基準電圧Vref2を入力し、入力側の(+)側に出力段13から出力される帰還電圧としての抵抗分割電圧を入力し、差動増幅した信号を出力する。増幅段12は、差動入力段11から出力した信号を入力し、増幅した信号を出力する。出力段13は、Pch MOSトランジスタMP4、コンデンサC1、及び抵抗R11乃至R13から構成されている。Pch MOSトランジスタMP4は、増幅段12から出力した信号を入力し、増幅した信号を出力する。
As described above, in the constant voltage power supply circuit of this embodiment, the level shift circuit 6, the differential input stage 11, the
このため、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が低下した場合でも、基準電圧Vref1をレベルシフト回路6により基準電圧Vref2に降圧して使用しているので、基準電圧Vref2と出力電圧Voutの差を大きくでき、実施例1と同様に位相余裕を確保することができる。また、レベルシフト回路6により基準電圧Vref1を降圧しているので、コンデンサC1及び抵抗R13を設け、レベルシフト回路6を設けない場合よりも、位相回復を大きくすることができる。 For this reason, even when the voltage specification of the high potential side power supply Vcc2 (Vin) as the input power supply is lowered and the specification of the output voltage Vout is lowered, the reference voltage Vref1 is stepped down to the reference voltage Vref2 by the level shift circuit 6 and used. Therefore, the difference between the reference voltage Vref2 and the output voltage Vout can be increased, and a phase margin can be ensured as in the first embodiment. Further, since the reference voltage Vref1 is stepped down by the level shift circuit 6, the phase recovery can be made larger than when the capacitor C1 and the resistor R13 are provided and the level shift circuit 6 is not provided.
なお、本実施例では、シリーズレギュレータを3段増幅構成にしているが、2段増幅構成や4段増幅構成などにしてもよい。また、位相補正用のコンデンサC1及び抵抗R13を出力段13に設けているが、更に増幅段12にも設けてもよく、また増幅段12のみに設けてもよい。
In this embodiment, the series regulator has a three-stage amplification configuration, but may have a two-stage amplification configuration or a four-stage amplification configuration. Further, although the phase correcting capacitor C1 and the resistor R13 are provided in the output stage 13, they may be provided in the
次に、本発明の実施例3に係る定電圧電源回路について、図面を参照して説明する。図6は定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータを示す回路図である。本実施例では、シリーズレギュレータをバイポーラトランジスタで構成している。
Next, a constant voltage power supply circuit according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図6に示すように、シリーズレギュレータ1bには、抵抗分割部3、差動増幅部4a、及び出力段5aが設けられ、基準電圧発生回路2から発生される基準電圧Vref1を入力し、出力段5aから出力電圧Voutを出力する。
As shown in FIG. 6, the series regulator 1b is provided with a
差動増幅部4aは、図示しないバイポーラトランジスタから回路構成され、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)と低電位側電源Vssの間に設けられ、抵抗分割部3と出力段5aの間に配置され、入力側の(―)側に基準電圧Vref2を入力し、入力側の(+)側に出力段5aから出力される帰還電圧としての抵抗分割電圧Vaを入力し、増幅した信号を出力する。ここで、差動増幅部4aは、差動増幅動作する差動入力段を含め、1段或いは複数段で構成される。
The differential amplifying unit 4a is composed of a bipolar transistor (not shown), and is provided between a high potential side power source Vcc2 (Vin) as an input power source and a low potential side power source Vss, and between the
出力段5aは、PNPトランジスタである出力トランジスタBPT1、抵抗R3、及び抵抗r4から構成されている。出力トランジスタBPT1は、エミッタが高電位側電源Vcc2(Vin)に接続され、ベースに差動増幅部4aから出力された信号を入力して増幅動作する。抵抗R3は、一端が出力トランジスタBPT1のコレクタに接続され、他端が抵抗R4の一端に接続されている。抵抗R4は、他端が低電位側電源Vssに接続されている。出力トランジスタBPT1のコレクタと抵抗R3の間から出力電圧Voutが出力される。 The output stage 5a includes an output transistor BPT1, which is a PNP transistor, a resistor R3, and a resistor r4. The output transistor BPT1 has an emitter connected to the high potential side power supply Vcc2 (Vin), and amplifies the signal by inputting the signal output from the differential amplifier 4a to the base. The resistor R3 has one end connected to the collector of the output transistor BPT1 and the other end connected to one end of the resistor R4. The other end of the resistor R4 is connected to the low potential side power source Vss. An output voltage Vout is output from between the collector of the output transistor BPT1 and the resistor R3.
ここで、シリーズレギュレータ1bの差動増幅部4a及び出力段5aは、バイポーラトランジスタから構成され、バイポーラトランジスタはMOSトランジスタよりもトランジスタの特性バラツキを抑制することができるので、CMOS構成のシリーズレギュレータよりも回路面積を縮小することができる。 Here, the differential amplifying unit 4a and the output stage 5a of the series regulator 1b are composed of bipolar transistors, and the bipolar transistor can suppress the characteristic variation of the transistor more than the MOS transistor. The circuit area can be reduced.
上述したように、本実施例の定電圧電源回路では、抵抗分割部3、差動増幅部4a及び出力段5aが設けられている。抵抗分割部3に入力された基準電圧Vref1は、抵抗R1及び抵抗R2により抵抗分割され、抵抗R1と抵抗R2の間から基準電圧Vref1を降圧した基準電圧Vref2が出力される。差動増幅部4aはバイポーラトランジスタから回路構成され、入力側の(―)側に基準電圧Vref2を入力し、入力側の(+)側に出力段5aから出力される帰還電圧としての抵抗分割電圧Vaを入力し、増幅した信号を出力する。出力段5はPNPトランジスタである出力トランジスタBPT1、抵抗R3、及び抵抗R4から構成されている。出力トランジスタBPT1は、ベースに差動増幅部4aから出力された信号を入力して増幅動作する。抵抗R3と抵抗R4の間から抵抗分割電圧Vaが帰還電圧として差動増幅部4の入力側の(+)側に入力される。
As described above, the constant voltage power supply circuit according to the present embodiment includes the
このため、入力電源としての高電位側電源Vcc2(Vin)電圧仕様が下がり、出力電圧Voutの仕様が低下した場合でも、基準電圧Vref1を抵抗分割部3により基準電圧Vref2に降圧して使用しているので、基準電圧Vref2と出力電圧Voutの差を大きくでき、実施例1と同様に位相余裕を確保することができる。
For this reason, even when the voltage specification of the high potential side power supply Vcc2 (Vin) as the input power supply is lowered and the specification of the output voltage Vout is lowered, the reference voltage Vref1 is stepped down to the reference voltage Vref2 by the
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、実施例2では、定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータをCMOS構成にし、実施例3では定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータをバイポーラトランジスタで回路を構成しているが、定電圧電源回路としてのシリーズレギュレータをBiCMOS構成或いは接合型トランジスタ(J−FET)構成にしてもよい。また、オペアンプなどの増幅器やコンパレータなどに適用できる。 For example, in the second embodiment, the series regulator as a constant voltage power supply circuit has a CMOS configuration, and in the third embodiment, the series regulator as a constant voltage power supply circuit is configured by a bipolar transistor. The series regulator may have a BiCMOS configuration or a junction transistor (J-FET) configuration. Further, it can be applied to an amplifier such as an operational amplifier or a comparator.
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 基準電圧発生回路から出力される第1の基準電圧を入力し、前記第1の基準電圧よりも低電圧の第2の基準電圧を発生する縦続接続された複数の抵抗が設けられた抵抗分割部と、高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のNch MOSトランジスタが設けられ、差動増幅動作する差動入力段と、前記高電位側電源と前記低電位側電源の間に設けられ、前記差動入力段から出力される信号を入力して増幅動作するPch MOSトランジスタが設けられた増幅段と、前記高電位側電源側に設けられ、前記増幅段から出力される信号を入力して増幅動作する出力Pch MOSトランジスタと、前記出力Pch MOSトランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続された第1及び第2の抵抗と、前記出力Pch MOSトランジスタ及び第1の抵抗の間と前記第1及び第2の抵抗の間に縦続接続されたコンデンサ及び第3の抵抗とを有し、前記コンデンサと前記第3の抵抗の間から抵抗分割された電圧が帰還電圧として前記差動入力段の入力側に出力され、前記出力Pch MOSトランジスタと前記第1の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段とを具備する定電圧電源回路。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Supplementary Note 1) A plurality of cascade-connected resistors are provided for inputting a first reference voltage output from a reference voltage generation circuit and generating a second reference voltage lower than the first reference voltage. The first and second Nch MOS transistors are provided between the resistor divider and the high potential side power source and the low potential side power source, input the second reference voltage to the input side, and form a differential pair. A differential input stage that performs differential amplification operation, and a Pch MOS transistor that is provided between the high-potential-side power supply and the low-potential-side power supply and that amplifies by inputting a signal output from the differential input stage An output stage, an output Pch MOS transistor provided on the high potential side power supply side and performing an amplification operation by inputting a signal output from the amplification stage, the output Pch MOS transistor, and the low potential side power supply Cascade between A first resistor and a second resistor connected in series; a capacitor and a third resistor connected in cascade between the output Pch MOS transistor and the first resistor and between the first and second resistors; A voltage obtained by resistance division between the capacitor and the third resistor is output as a feedback voltage to the input side of the differential input stage, and an output voltage is obtained between the output Pch MOS transistor and the first resistor. A constant voltage power supply circuit comprising an output stage for outputting.
1、1a、1b シリーズレギュレータ
2 抵抗分割部
3 基準電圧発生回路
4、4a 差動増幅部
5、5a、13 出力段
6 レベルシフト回路
11 差動入力段
12 増幅段
BPT1 出力トランジスタ
C1 コンデンサ
Cout 安定化コンデンサ
MN1〜MN4 Nch MOSトランジスタ
MP1〜MP4 Pch MOSトランジスタ
PT1 出力トランジスタ
R1〜R4、R11〜R13 抵抗
V1 C1とR13間電圧
V2 R11とR12間電圧
Va 抵抗分割電圧
Vb バイアス電圧
Vcc1、Vcc2(Vin) 高電位側電源
Vout 出力電圧
Vref1、Vref2 基準電圧
Vss 低電位側電源
1, 1a,
Claims (5)
高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のトランジスタが設けられ、増幅動作する差動入力段を有する1段或いは複数段から構成される差動増幅部と、
前記高電位側電源側に設けられ、前記差動増幅部から出力される信号を入力して増幅動作する出力トランジスタと、前記出力トランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続され、抵抗分割した電圧を前記差動入力段の入力側に帰還電圧として出力する複数の抵抗とを有し、前記出力トランジスタと前記複数の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段と、
を具備することを特徴とする定電圧電源回路。 A reference voltage step-down means for inputting a first reference voltage output from a reference voltage generating circuit and generating a second reference voltage lower than the first reference voltage;
A differential input provided between a high-potential-side power supply and a low-potential-side power supply, which inputs the second reference voltage on the input side and is provided with first and second transistors forming a differential pair, and performs an amplification operation A differential amplifying unit composed of one or more stages having stages;
An output transistor that is provided on the high potential side power supply side and that performs an amplification operation by inputting a signal output from the differential amplifier, and is cascaded between the output transistor and the low potential side power source, and is divided in resistance. A plurality of resistors that output voltages as feedback voltages to the input side of the differential input stage, and an output stage that outputs an output voltage from between the output transistor and the plurality of resistors;
A constant voltage power supply circuit comprising:
高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のトランジスタが設けられ、差動増幅動作する差動入力段と、
前記高電位側電源と前記低電位側電源の間に設けられ、前記差動入力段から出力される信号を入力して増幅動作する増幅段と、
前記高電位側電源側に設けられ、前記増幅段から出力される信号を入力して増幅動作する出力トランジスタと、前記出力トランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続され、抵抗分割した電圧を前記差動入力段の入力側に帰還電圧として出力する複数の抵抗とを有し、前記出力トランジスタと前記複数の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段と、
を具備することを特徴とする定電圧電源回路。 A reference voltage step-down means for inputting a first reference voltage output from a reference voltage generating circuit and generating a second reference voltage lower than the first reference voltage;
A difference between the high potential side power source and the low potential side power source, wherein the second reference voltage is input to the input side and the first and second transistors forming a differential pair are provided, and the differential amplification operation is performed. Dynamic input stage;
An amplification stage that is provided between the high-potential-side power supply and the low-potential-side power supply and that performs an amplification operation by inputting a signal output from the differential input stage;
An output transistor provided on the high-potential side power supply side and performing an amplification operation by inputting a signal output from the amplification stage, and cascaded between the output transistor and the low-potential side power supply, A plurality of resistors that output feedback voltages on the input side of the differential input stage, and an output stage that outputs an output voltage from between the output transistor and the plurality of resistors;
A constant voltage power supply circuit comprising:
高電位側電源と低電位側電源の間に設けられ、入力側に前記第2の基準電圧を入力し、差動対をなす第1及び第2のNch MOSトランジスタが設けられ、差動増幅動作する差動入力段と、
前記高電位側電源と前記低電位側電源の間に設けられ、前記差動入力段から出力される信号を入力して増幅動作するPch MOSトランジスタが設けられた増幅段と、
前記高電位側電源側に設けられ、前記増幅段から出力される信号を入力して増幅動作する出力Pch MOSトランジスタと、前記出力Pch MOSトランジスタと前記低電位側電源の間に縦続接続された第1及び第2の抵抗と、前記出力Pch MOSトランジスタ及び第1の抵抗の間と前記第1及び第2の抵抗の間に縦続接続されたコンデンサ及び第3の抵抗とを有し、前記コンデンサと前記第3の抵抗の間から抵抗分割された電圧が帰還電圧として前記差動入力段の入力側に出力され、前記出力Pch MOSトランジスタと前記第1の抵抗の間から出力電圧を出力する出力段と、
を具備することを特徴とする定電圧電源回路。 A level shift circuit that inputs a first reference voltage output from a reference voltage generation circuit and generates a second reference voltage that is lower than the first reference voltage;
Provided between a high potential side power source and a low potential side power source, the second reference voltage is input to the input side, and first and second Nch MOS transistors forming a differential pair are provided, and a differential amplification operation Differential input stage to
An amplification stage provided between the high-potential-side power supply and the low-potential-side power supply and provided with a Pch MOS transistor that performs an amplification operation by inputting a signal output from the differential input stage;
An output Pch MOS transistor provided on the high potential side power supply side and performing an amplification operation by inputting a signal output from the amplification stage, and a cascade connected between the output Pch MOS transistor and the low potential side power supply 1 and a second resistor, and a capacitor and a third resistor cascaded between the output Pch MOS transistor and the first resistor and between the first and second resistors, An output stage that outputs a voltage divided between the third resistors as a feedback voltage to the input side of the differential input stage and outputs an output voltage between the output Pch MOS transistor and the first resistor. When,
A constant voltage power supply circuit comprising:
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