JP2008182334A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Takahiro Kato
貴博 嘉藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for compensating for a current error caused by a source voltage variation for a semiconductor integrated circuit device including a constant current circuit. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit device includes the constant current circuit composed of a current mirror circuit, a current compensating circuit 101 which compensates for an error current of the constant current circuit, and a ring oscillator 102. Then the current compensating circuit 101 operates by combining a saturation area wherein a drain current value of a transistor is small with a linear area. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体集積回路装置に関し、特に、電源電圧変動に起因する定電流回路の電流誤差を補償する技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique for compensating for a current error of a constant current circuit caused by power supply voltage fluctuation.

本発明者が検討した技術として、例えば、定電流回路を含む半導体集積回路装置においては、以下の技術が考えられる。   As a technique studied by the present inventor, for example, the following technique is conceivable in a semiconductor integrated circuit device including a constant current circuit.

半導体集積回路装置において、デジタル回路の高速化に伴い、半導体製造プロセスも微細化している。例えば、0.15μmから0.13μmへ、そして90nmへと最小加工寸法が微細化してきている。   In a semiconductor integrated circuit device, the semiconductor manufacturing process is also miniaturized as the digital circuit speeds up. For example, the minimum processing dimension is becoming finer from 0.15 μm to 0.13 μm and then to 90 nm.

アナログ・デジタル混在の半導体集積回路装置においても、同じウエハ上に回路を形成するため、アナログ回路も90nmプロセスなどの微細化プロセスを適用する必要性がある。   Even in an analog / digital mixed semiconductor integrated circuit device, since a circuit is formed on the same wafer, it is necessary to apply a miniaturization process such as a 90 nm process to the analog circuit.

ところで、前記のような半導体集積回路装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。   By the way, as a result of examination of the technology of the semiconductor integrated circuit device as described above by the present inventors, the following has been clarified.

例えば、90nmプロセスでは、半導体集積回路の電源電圧が1.0V程度になる。因みに、0.13μm以上のプロセスでは、電源電圧は1.5V以上であった。そして、電源電圧が低電圧化すると、MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor;MOS電界効果トランジスタ)を利用した定電流回路の定電流性が悪化する。   For example, in the 90 nm process, the power supply voltage of the semiconductor integrated circuit is about 1.0V. Incidentally, in the process of 0.13 μm or more, the power supply voltage was 1.5 V or more. When the power supply voltage is lowered, the constant current characteristic of a constant current circuit using a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) is deteriorated.

一般に、定電流回路には、カレントミラー回路が使用される。通常、カレントミラー回路は、MOSFETの飽和領域における定電流特性を利用して設計される。   Generally, a current mirror circuit is used for the constant current circuit. Usually, a current mirror circuit is designed using constant current characteristics in the saturation region of a MOSFET.

図7は、MOSFETの基本構成を示す回路図、図8は、90nmプロセスによるMOSFETのドレイン電流特性を示す図である。図7において、Idsはドレイン電流、Vdsはドレイン電圧、Vgsはゲート電圧である。図8において、横軸はドレイン電圧Vds、縦軸はドレイン電流Idsである。また、図8は、各ゲート電圧Vgsにおけるドレイン電流特性を示している。領域801はあるゲート電圧Vgs=Vgs1[V]時の飽和領域、領域802はゲート電圧Vgs=Vgs2[V]時の飽和領域である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a basic configuration of the MOSFET, and FIG. 8 is a diagram showing drain current characteristics of the MOSFET by a 90 nm process. In FIG. 7, Ids is a drain current, Vds is a drain voltage, and Vgs is a gate voltage. In FIG. 8, the horizontal axis represents the drain voltage Vds, and the vertical axis represents the drain current Ids. FIG. 8 shows drain current characteristics at each gate voltage Vgs. A region 801 is a saturation region at a certain gate voltage Vgs = Vgs1 [V], and a region 802 is a saturation region at a gate voltage Vgs = Vgs2 [V].

図8からも分かるように、微細化プロセス(90nmプロセス)になると、ドレイン電流Idsが増加すると、MOSFETの飽和領域における定電流性が悪くなる(例えば、領域801)。これは、短チャネル効果によるもので、微細化プロセスでは避けることができない。   As can be seen from FIG. 8, in the miniaturization process (90 nm process), when the drain current Ids increases, the constant current property in the saturation region of the MOSFET deteriorates (for example, the region 801). This is due to the short channel effect and cannot be avoided in the miniaturization process.

図9は、MOSFETを用いたカレントミラー回路の基本構成を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a basic configuration of a current mirror circuit using a MOSFET.

MOSFET901とMOSFET902のサイズが同一であるとすると、通常はカレントミラー回路なので、MOSFET901を流れるドレイン電流Ids_1とMOSFET902を流れるドレイン電流Ids_2とは等しくなる(Ids_1=Ids_2)。   If the sizes of the MOSFET 901 and the MOSFET 902 are the same, the drain current Ids_1 flowing through the MOSFET 901 is usually equal to the drain current Ids_2 flowing through the MOSFET 902 (Ids_1 = Ids_2).

しかし、微細化プロセスを使用すると、ドレイン電圧Vdsが変動すると、ドレイン電流Ids_2も変化する。すなわち、定電流源にならない。   However, when the miniaturization process is used, when the drain voltage Vds varies, the drain current Ids_2 also changes. That is, it does not become a constant current source.

図10は、カスケードカレントミラー回路の基本構成を示す回路図である。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a basic configuration of the cascade current mirror circuit.

図10に示す回路は、図9のカレントミラー回路の上流側に、MOSFET1001,1002からなるカレントミラー回路をカスケード接続したものである。このような回路構成にすることにより、2段目のMOSFET902のドレイン電圧Vdsの変動量を削減できるため、定電流性が改善する。しかし、微細化プロセスでは、電源電圧が1Vしかないので、実際には、カレントミラー回路に2段もMOSFETを積むことができず、この方法を適用することができない。   The circuit shown in FIG. 10 is obtained by cascading a current mirror circuit composed of MOSFETs 1001 and 1002 upstream of the current mirror circuit shown in FIG. With such a circuit configuration, the fluctuation amount of the drain voltage Vds of the second-stage MOSFET 902 can be reduced, so that the constant current property is improved. However, since the power supply voltage is only 1 V in the miniaturization process, in reality, it is impossible to stack two stages of MOSFETs on the current mirror circuit, and this method cannot be applied.

図11は、リングオシレータを利用した発振器の構成を示す回路図である。   FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of an oscillator using a ring oscillator.

図11に示す発振回路は、MOSFET1101〜1103を備えた定電流回路と、複数段の遅延アンプ1104を備えたリングオシレータ1105などから構成される。MOSFET1101は、発振周波数を制御するための制御電流Ifを調節するトランジスタである。MOSFET1102と、リングオシレータ1105の段数に応じた複数のMOSFET1103により、カレントミラー回路1106が構成されている。   The oscillation circuit shown in FIG. 11 includes a constant current circuit including MOSFETs 1101 to 1103, a ring oscillator 1105 including a plurality of stages of delay amplifiers 1104, and the like. The MOSFET 1101 is a transistor that adjusts the control current If for controlling the oscillation frequency. A current mirror circuit 1106 is configured by the MOSFET 1102 and a plurality of MOSFETs 1103 corresponding to the number of stages of the ring oscillator 1105.

微細化プロセスの場合、電源電圧が1.0Vであるので、オーバーヘッド(余裕)がない。そのため、電源電圧が変動すると、そのまま、MOSFET1103のドレイン電圧Vdsが変化する。それにしたがって、リングオシレータ1105に流れる電流が変動する。   In the case of the miniaturization process, since the power supply voltage is 1.0 V, there is no overhead. Therefore, when the power supply voltage fluctuates, the drain voltage Vds of the MOSFET 1103 changes as it is. Accordingly, the current flowing through ring oscillator 1105 varies.

電源電圧の雑音成分で、リングオシレータ1105に流入する電流の電流値が変化すると、発振周波数が変動し、周波数性雑音(ジッタ)となる。本発明者は、この課題を解決するため、この電流変動を補償する回路を検討した。   When the current value of the current flowing into the ring oscillator 1105 changes due to the noise component of the power supply voltage, the oscillation frequency varies and becomes frequency noise (jitter). In order to solve this problem, the present inventor studied a circuit that compensates for this current fluctuation.

そこで、本発明の目的は、定電流回路を含む半導体集積回路装置において、電源電圧変動による電流誤差を補償することができる技術を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique capable of compensating for a current error due to power supply voltage fluctuation in a semiconductor integrated circuit device including a constant current circuit.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、本発明の一実施例による半導体集積回路装置は、カレントミラー回路による定電流回路と、その定電流回路の誤差電流を補償する電流補償回路とを有するものである。そして、その電流補償回路は、トランジスタのドレイン電流値の小さい飽和領域と、線形領域の非飽和領域とを組み合わせて動作するものである。   That is, a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention includes a constant current circuit using a current mirror circuit and a current compensation circuit that compensates for an error current of the constant current circuit. The current compensation circuit operates by combining a saturation region where the drain current value of the transistor is small and a non-saturation region of a linear region.

本発明の一実施例によれば、電源電圧変動に起因する定電流回路の誤差電流が補償される半導体集積回路装置が提供される。   According to one embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device that compensates for an error current of a constant current circuit caused by power supply voltage fluctuation.

本発明の一実施例によれば、定電流回路を含む半導体集積回路装置において、電源電圧変動による電流誤差を補償することができる。   According to an embodiment of the present invention, in a semiconductor integrated circuit device including a constant current circuit, it is possible to compensate for a current error due to power supply voltage fluctuation.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

図1は本発明の一実施の形態による半導体集積回路装置の構成を示す回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.

まず、図1により、本実施の形態による半導体集積回路装置の構成の一例を説明する。本実施の形態の半導体集積回路装置は、例えば、制御電流を調節することにより、周波数を制御することが可能な発振器(VCO等)とされ、周知の半導体製造技術によって1個の半導体チップ上に形成される。この半導体集積回路装置は、例えば、カレントミラー回路による定電流回路と、定電流回路の誤差電流を補償する電流補償回路101と、定電流回路の電流値により周波数が制御されるリングオシレータ(発振回路)102などから構成される。この半導体集積回路装置の電源電圧は、1.0V程度と低電圧であり、動作保証電源電圧における下限値は、1.2V以下である。以下の説明においては、一例として電源電圧は1.0Vとして説明する。   First, an example of the configuration of the semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor integrated circuit device of the present embodiment is, for example, an oscillator (VCO or the like) that can control the frequency by adjusting the control current, and is formed on one semiconductor chip by a well-known semiconductor manufacturing technique. It is formed. This semiconductor integrated circuit device includes, for example, a constant current circuit using a current mirror circuit, a current compensation circuit 101 that compensates for an error current of the constant current circuit, and a ring oscillator (oscillation circuit) whose frequency is controlled by the current value of the constant current circuit. ) 102 and the like. The power supply voltage of this semiconductor integrated circuit device is as low as about 1.0 V, and the lower limit value of the operation guarantee power supply voltage is 1.2 V or less. In the following description, the power supply voltage is described as 1.0 V as an example.

リングオシレータ102は、複数段の遅延アンプDL1〜3から構成される。図1では、一例として遅延アンプの段数を3段としているが、段数は何段であってもよい。最終段の遅延アンプDL3の出力信号が反転されて初段の遅延アンプDL1に入力される。遅延アンプ各段の遅延時間は、定電流回路から流入する電流の値により決定される。その電流値が大きくなると遅延アンプDL1〜3の遅延時間が短くなり、リングオシレータ102の周波数が高くなる。また逆に、その電流値が小さくなると遅延アンプDL1〜3の遅延時間が長くなり、リングオシレータ102の周波数が低くなる。定電流回路の電流値は、トランジスタNT1を流れる制御電流Ifにより制御される。   The ring oscillator 102 includes a plurality of stages of delay amplifiers DL1 to DL3. In FIG. 1, the number of stages of the delay amplifier is three as an example, but the number of stages may be any number. The output signal of the final stage delay amplifier DL3 is inverted and input to the first stage delay amplifier DL1. The delay time of each stage of the delay amplifier is determined by the value of the current flowing from the constant current circuit. As the current value increases, the delay time of the delay amplifiers DL1 to DL3 decreases, and the frequency of the ring oscillator 102 increases. Conversely, when the current value decreases, the delay time of the delay amplifiers DL1 to DL3 increases, and the frequency of the ring oscillator 102 decreases. The current value of the constant current circuit is controlled by a control current If flowing through the transistor NT1.

定電流回路は、例えば、トランジスタPT1〜7,NT1〜2などから構成される。同じサイズのトランジスタNT1,NT2でカレントミラー回路が構成され、同じサイズのトランジスタPT1〜4でカレントミラー回路が構成される。また、同じサイズのトランジスタPT11,PT5〜7でカレントミラー回路が構成される。なお、本明細書において、トランジスタのサイズとは、トランジスタのゲート幅(W)とゲート長(L)との比(W/L)をいい、トランジスタの相互コンダクタンス(g)の係数である。 The constant current circuit is composed of, for example, transistors PT1 to 7, NT1 and 2 and the like. A current mirror circuit is composed of transistors NT1 and NT2 having the same size, and a current mirror circuit is composed of transistors PT1 to PT4 having the same size. Further, a current mirror circuit is configured by the transistors PT11 and PT5 to 7 having the same size. Note that in this specification, the size of a transistor refers to the ratio (W / L) of the gate width (W) to the gate length (L) of the transistor, and is a coefficient of the mutual conductance (g m ) of the transistor.

なお、トランジスタPT1〜11は、pチャネルMOSFET(電界効果トランジスタ)、トランジスタNT1〜9は、nチャネルMOSFET(電界効果トランジスタ)であるが、MISFET、JFET等のトランジスタであってもよい。   The transistors PT1 to PT11 are p-channel MOSFETs (field effect transistors) and the transistors NT1 to NT9 are n-channel MOSFETs (field effect transistors), but may be transistors such as MISFETs and JFETs.

電流補償回路101は、例えば、トランジスタPT8〜11,NT3〜9などから構成される。トランジスタPT8〜10でカレントミラー回路が構成される。また、トランジスタNT3のサイズは、トランジスタNT1,NT2の1/10であり、トランジスタNT1のドレイン電流をa(=If)とすると、トランジスタNT3のドレイン電流はa/10となる。また、トランジスタNT6とトランジスタNT7のサイズは同じであり、カレントミラー回路を構成しているため、それぞれのトランジスタのドレイン電流は同じになる。また、トランジスタNT9のサイズは、トランジスタNT8の10倍であり、トランジスタNT9のドレイン電流は、トランジスタNT8のドレイン電流の10倍になる。トランジスタNT4,NT5は、MOSダイオートを構成しており、トランジスタNT6のドレイン電圧を下げてトランジスタNT6が線形領域で動作するようにするためのものである。トランジスタNT4,NT5の代わりに抵抗を使用してもよいが、MOSFETを使用した方がプロセス変動に対して耐性がある。また、トランジスタNT6は、その電流変動がトランジスタPT2〜PT4の電流変動の1/10になるように設計される。なお、本実施の形態では、一例として、電流値の比率を1/10としたが、これに限定されず、1/5など他の値であってもよい。トランジスタのサイズについても同様である。   The current compensation circuit 101 includes, for example, transistors PT8 to 11, NT3 to 9 and the like. Transistors PT8 to 10 constitute a current mirror circuit. The size of the transistor NT3 is 1/10 of the transistors NT1 and NT2, and when the drain current of the transistor NT1 is a (= If), the drain current of the transistor NT3 is a / 10. Further, since the transistors NT6 and NT7 have the same size and constitute a current mirror circuit, the drain currents of the transistors are the same. The size of the transistor NT9 is 10 times that of the transistor NT8, and the drain current of the transistor NT9 is 10 times that of the transistor NT8. The transistors NT4 and NT5 constitute a MOS die auto, and are for reducing the drain voltage of the transistor NT6 so that the transistor NT6 operates in a linear region. Although resistors may be used instead of the transistors NT4 and NT5, the use of MOSFETs is more resistant to process variations. Transistor NT6 is designed so that its current fluctuation is 1/10 of the current fluctuation of transistors PT2 to PT4. In this embodiment, as an example, the ratio of the current values is 1/10. However, the present invention is not limited to this, and other values such as 1/5 may be used. The same applies to the size of the transistor.

次に、図2〜図6により、電流補償回路101の動作について、電源電圧変動に起因して定電流回路に発生する電流誤差の補償の仕組みを説明する。   Next, with reference to FIGS. 2 to 6, a mechanism for compensating for a current error generated in the constant current circuit due to power supply voltage fluctuation will be described with respect to the operation of the current compensation circuit 101.

図2は、電流補償回路101が無い場合の半導体集積回路装置(発振器)の構成を簡略化した図である。   FIG. 2 is a simplified diagram of the configuration of the semiconductor integrated circuit device (oscillator) when the current compensation circuit 101 is not provided.

まず、前提条件として、発振器を高速で発振させ、高周波を得るためには、遅延アンプDL1〜3を高速で駆動する必要がある。遅延アンプDL1〜3を高速で駆動するためには、ある程度の電流が必要である。すなわち、電流源のトランジスタPT2〜4のサイズを大きくする必要がある。また、トランジスタPT2〜4の負荷容量は周波数向上の妨げになるので、トランジスタPT2〜4のゲート長(L)は小さくしたい。そのため、微細化プロセスを使うことになるが、微細化プロセスを使うと以下の問題が発生する。   First, as a precondition, in order to oscillate an oscillator at high speed and obtain a high frequency, it is necessary to drive the delay amplifiers DL1 to DL3 at high speed. A certain amount of current is required to drive the delay amplifiers DL1 to DL3 at high speed. That is, it is necessary to increase the size of the current source transistors PT2 to PT4. Further, since the load capacitance of the transistors PT2 to 4 hinders the improvement of the frequency, it is desired to reduce the gate length (L) of the transistors PT2 to PT4. Therefore, a miniaturization process is used. However, if the miniaturization process is used, the following problems occur.

すなわち、電源電圧Vddは1.0Vと低電圧なので、各トランジスタのドレイン電圧Vdsは0.3V程度になる。しかし、電源にノイズが混入すると、トランジスタPT2〜4のドレイン電圧Vds1が変動する。Vds1の変動により、遅延アンプDL1〜3に流れる電流が変化し、周波数ノイズ(ジッタ)になる。   That is, since the power supply voltage Vdd is as low as 1.0 V, the drain voltage Vds of each transistor is about 0.3 V. However, when noise is mixed in the power supply, the drain voltage Vds1 of the transistors PT2 to PT4 varies. Due to the fluctuation of Vds1, the current flowing through the delay amplifiers DL1 to DL3 changes, resulting in frequency noise (jitter).

以上の問題点を解決するために、トランジスタのドレイン電流を絞ると、Vds=0.3Vであっても、飽和領域で電流値が安定していることに着目した。   In order to solve the above problems, attention is paid to the fact that when the drain current of the transistor is reduced, the current value is stable in the saturation region even when Vds = 0.3V.

図3〜図5は、本実施の形態の半導体集積回路装置で使用されるトランジスタのドレイン電流特性を示す図である。各曲線は、トランジスタサイズを変えたものである。トランジスタPT2〜4のドレイン電圧Vds1は約0.3Vであるため、図3に示すように、飽和領域301を使用することができない。ドレイン電圧Vds=0.3V付近でドレイン電圧Vdsが変動すると、ドレイン電流Idsも変化するからである(動作点A)。   3 to 5 are diagrams showing drain current characteristics of the transistors used in the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment. Each curve is obtained by changing the transistor size. Since the drain voltage Vds1 of the transistors PT2 to PT4 is about 0.3 V, the saturation region 301 cannot be used as shown in FIG. This is because when the drain voltage Vds varies around the drain voltage Vds = 0.3 V, the drain current Ids also varies (operating point A).

図4に示すように、ドレイン電圧Vdsを絞ると(例えば1/10にすると)、Vds=0.3Vであっても、飽和領域401でドレイン電流Idsが安定している(動作点B)。またさらに、同じトランジスタサイズでドレイン電圧Vdsを下げると、線形領域402で動作する(動作点C)。   As shown in FIG. 4, when the drain voltage Vds is reduced (for example, 1/10), the drain current Ids is stable in the saturation region 401 even when Vds = 0.3 V (operation point B). Furthermore, when the drain voltage Vds is lowered with the same transistor size, the transistor operates in the linear region 402 (operation point C).

本実施の形態による半導体集積回路装置(発振器)における電流補償回路101は、トランジスタのドレイン電流特性の線形領域(非飽和領域)と飽和領域を使い分けることにより、補償電流を作るものである。   The current compensation circuit 101 in the semiconductor integrated circuit device (oscillator) according to the present embodiment creates a compensation current by properly using a linear region (non-saturated region) and a saturated region of the drain current characteristics of the transistor.

そのため、図5に示すように、以下の3つの動作点を考える。   Therefore, as shown in FIG. 5, the following three operating points are considered.

すなわち、動作点Aは、トランジスタサイズが十分に大きいため、ドレイン電流Idsは十分に取れるが、ドレイン電圧Vdsによる電流変動がある動作点である。動作点Bは、トランジスタサイズが小さいため、ドレイン電流Idsは減少するが、飽和領域でドレイン電流Vdsによる電流変動がほとんど無い動作点である。動作点Cは、トランジスタサイズが小さいため、ドレイン電流Idsは小さく、故意に線形領域になるように設計する動作点である。   That is, the operating point A is an operating point where the drain size Ids can be sufficiently obtained because the transistor size is sufficiently large, but there is a current variation due to the drain voltage Vds. The operating point B is an operating point where the drain current Ids decreases because the transistor size is small, but there is almost no current fluctuation due to the drain current Vds in the saturation region. The operating point C is an operating point designed so that the drain current Ids is small and is intentionally in the linear region because the transistor size is small.

図6(a)〜(e)は、本実施の形態による半導体集積回路装置(発振器)における電流補償回路101の動作を示す説明図である。それぞれの図は、横軸がトランジスタのドレイン電圧Vds、縦軸がドレイン電流Idsを示している。   6A to 6E are explanatory diagrams showing the operation of the current compensation circuit 101 in the semiconductor integrated circuit device (oscillator) according to the present embodiment. In each figure, the horizontal axis represents the drain voltage Vds of the transistor, and the vertical axis represents the drain current Ids.

図6(a)は、動作点Aにおけるドレイン電流特性である。電源電圧Vddの変動が無い場合の制御電流Ifの電流値をaとする。電源電圧Vddが変化してドレイン電圧Vdsが変動すると、ドレイン電流Idsが変動する。動作点Aにおけるドレイン電流Idsの変動量をbとする。トランジスタPT2〜PT4は、動作点Aで動作する。したがって、電源電圧変動時におけるトランジスタPT2〜PT4のドレイン電流はa−bとなる。   FIG. 6A shows drain current characteristics at the operating point A. FIG. Let a be the current value of the control current If when there is no fluctuation in the power supply voltage Vdd. When the power supply voltage Vdd changes and the drain voltage Vds changes, the drain current Ids changes. The amount of fluctuation of the drain current Ids at the operating point A is b. The transistors PT2 to PT4 operate at the operating point A. Therefore, the drain currents of the transistors PT2 to PT4 when the power supply voltage fluctuates are a−b.

図6(b)は、動作点Bにおけるドレイン電流特性である。動作点Bでは、ドレイン電圧が変化してもドレイン電流が変動しないため、電源電圧変動による影響がほとんどない。しかし、トランジスタサイズが1/10であるので、ドレイン電流値は小さい。トランジスタNT3,NT8,PT5〜7,PT10は、動作点Bで動作する。したがって、電源電圧変動時におけるトランジスタNT3,PT10のドレイン電流はa/10であり、安定している。   FIG. 6B shows drain current characteristics at the operating point B. At the operating point B, even if the drain voltage changes, the drain current does not fluctuate. However, since the transistor size is 1/10, the drain current value is small. Transistors NT3, NT8, PT5-7, and PT10 operate at an operating point B. Therefore, the drain currents of the transistors NT3 and PT10 when the power supply voltage fluctuates are a / 10 and are stable.

図6(c)は、動作点Cにおけるドレイン電流特性である。動作点Cは、線形領域であるので、ドレイン電圧が変化するとドレイン電流も変動する。このとき、動作点Cにおいて、ドレイン電流変動は動作点Aの1/10になるように設計する。すなわち、ドレイン電流の変動量がb/10となるようにトランジスタNT6を設計する。MOSダイオードとして動作するトランジスタNT4,NT5により、トランジスタNT6のドレイン電圧はトランジスタNT3のドレイン電圧よりも低くなる。したがって、トランジスタNT6は動作点Cで動作するので、電源電圧変動時におけるトランジスタNT6のドレイン電流はa/10−b/10となる。そして、トランジスタNT6とトランジスタNT7はカレントミラーであるので、トランジスタNT7のドレイン電流もa/10−b/10となる。   FIG. 6C shows drain current characteristics at the operating point C. FIG. Since the operating point C is a linear region, when the drain voltage changes, the drain current also changes. At this time, the drain current fluctuation is designed to be 1/10 of the operating point A at the operating point C. That is, the transistor NT6 is designed so that the fluctuation amount of the drain current is b / 10. Due to the transistors NT4 and NT5 operating as MOS diodes, the drain voltage of the transistor NT6 becomes lower than the drain voltage of the transistor NT3. Therefore, since the transistor NT6 operates at the operating point C, the drain current of the transistor NT6 when the power supply voltage fluctuates is a / 10-b / 10. Since the transistors NT6 and NT7 are current mirrors, the drain current of the transistor NT7 is also a / 10-b / 10.

トランジスタPT10のドレイン電流はa/10であるので、トランジスタNT8のドレイン電流はa/10−(a/10−b/10)=b/10となる。トランジスタNT9のサイズはトランジスタNT8の10倍のサイズであるので、トランジスタNT9のドレイン電流はbとなる。この様子を図6(d)に示した。   Since the drain current of the transistor PT10 is a / 10, the drain current of the transistor NT8 is a / 10− (a / 10−b / 10) = b / 10. Since the size of the transistor NT9 is 10 times the size of the transistor NT8, the drain current of the transistor NT9 is b. This state is shown in FIG.

そして、図6(e)に示すように、トランジスタPT2〜PT4のドレイン電流(a−b)に、トランジスタPT5〜PT7のドレイン電流bを加えることにより、遅延アンプDL1〜DL3に流れる電流はaとなる。   Then, as shown in FIG. 6E, by adding the drain current b of the transistors PT5 to PT7 to the drain current (ab) of the transistors PT2 to PT4, the current flowing through the delay amplifiers DL1 to DL3 is a and Become.

したがって、電源電圧Vddが動いたときの差分は、以下のようになる。   Therefore, the difference when the power supply voltage Vdd moves is as follows.

電流補償回路101が無い場合:a−b
電流補償回路101がある場合:a−b+((a/10)−(a/10−b/10))×10=a
なお、以上の説明において、各トランジスタにおけるドレイン電流の比を1/10としたが、これに限定されるものではなく、他の比率であってもよい。
When there is no current compensation circuit 101: ab
When there is a current compensation circuit 101: a−b + ((a / 10) − (a / 10−b / 10)) × 10 = a
In the above description, the ratio of the drain current in each transistor is 1/10. However, the ratio is not limited to this, and other ratios may be used.

したがって、本実施の形態の半導体集積回路装置によれば、電流補償回路101の動作により、電源電圧変動時における定電流回路の電流誤差が補償される。そして、発振器において、電源電圧変動による発振回路周波数変動や周波数性雑音が低減される。   Therefore, according to the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, the current error of the constant current circuit when the power supply voltage fluctuates is compensated by the operation of the current compensation circuit 101. In the oscillator, fluctuations in the oscillation circuit frequency and frequency noise due to fluctuations in the power supply voltage are reduced.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、前記実施の形態においては、半導体集積回路装置として発振器について説明したが、これに限定されるものではなく、他の半導体集積回路装置についても適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, the oscillator has been described as the semiconductor integrated circuit device. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other semiconductor integrated circuit devices.

本発明は、定電流回路を有し、電源電圧変動により電流変動が生じると不都合のあるアナログ回路等に有効で、とりわけVCO、スイッチドキャパシタ回路等に効果的である。   The present invention has a constant current circuit and is effective for an analog circuit or the like that is inconvenient if current fluctuation occurs due to power supply voltage fluctuation, and is particularly effective for a VCO, a switched capacitor circuit, or the like.

本発明の一実施の形態による半導体集積回路装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. 電流補償回路が無い場合の半導体集積回路装置(発振器)の構成を簡略化した図である。It is the figure which simplified the structure of the semiconductor integrated circuit device (oscillator) in case there is no current compensation circuit. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置で使用されるトランジスタのドレイン電流特性を示す図である。It is a figure which shows the drain current characteristic of the transistor used with the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置で使用されるトランジスタのドレイン電流特性を示す図である。It is a figure which shows the drain current characteristic of the transistor used with the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置で使用されるトランジスタのドレイン電流特性を示す図である。It is a figure which shows the drain current characteristic of the transistor used with the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. (a)〜(e)は、本発明の一実施の形態による半導体集積回路装置(発振器)における電流補償回路の動作を示す説明図である。(A)-(e) is explanatory drawing which shows operation | movement of the current compensation circuit in the semiconductor integrated circuit device (oscillator) by one embodiment of this invention. MOSFETの基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of MOSFET. 90nmプロセスによるMOSFETのドレイン電流特性を示す図である。It is a figure which shows the drain current characteristic of MOSFET by a 90 nm process. MOSFETを用いたカレントミラー回路の基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of the current mirror circuit using MOSFET. カスケードカレントミラー回路の基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of a cascade current mirror circuit. リングオシレータを利用した発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the oscillator using a ring oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

101 電流補償回路
102,1105 リングオシレータ
301,401 飽和領域
402 線形領域(非飽和領域)
801,802 領域
901,902,1001,1002,1101〜1103 MOSFET
1104,DL1〜3 遅延アンプ
1106 カレントミラー回路
NT1〜9,PT1〜11 トランジスタ
101 Current Compensation Circuits 102 and 1105 Ring Oscillators 301 and 401 Saturation Region 402 Linear Region (Non-saturation Region)
801, 802 region 901, 902, 1001, 1002, 1101-1103 MOSFET
1104, DL1-3, delay amplifier 1106, current mirror circuits NT1-9, PT1-11 transistors

Claims (5)

電界効果トランジスタを含むカレントミラー回路を有する定電流回路と、
電源電圧変動に起因する前記定電流回路の電流誤差を補償する電流補償回路とを有し、
前記電流補償回路は、前記電界効果トランジスタのドレイン電流特性の飽和領域及び線形領域を組み合わせて利用して前記定電流回路の電流誤差を補償することを特徴とする半導体集積回路装置。
A constant current circuit having a current mirror circuit including a field effect transistor;
A current compensation circuit that compensates for a current error of the constant current circuit caused by power supply voltage fluctuation,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the current compensation circuit compensates a current error of the constant current circuit by using a combination of a saturation region and a linear region of drain current characteristics of the field effect transistor.
請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記電流補償回路は、前記定電流回路内の第1の電界効果トランジスタのドレイン電流よりも小さいドレイン電流で動作する第2の電界効果トランジスタと、
前記第2の電界効果トランジスタのドレイン電圧よりも小さいドレイン電圧で動作する第3の電界効果トランジスタとを有することを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
The current compensation circuit includes: a second field effect transistor that operates with a drain current smaller than a drain current of the first field effect transistor in the constant current circuit;
And a third field effect transistor that operates at a drain voltage lower than that of the second field effect transistor.
請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記定電流回路から供給される電流の値により、周波数が制御される発振回路をさらに有することを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
A semiconductor integrated circuit device further comprising an oscillation circuit whose frequency is controlled by a value of a current supplied from the constant current circuit.
請求項3記載の半導体集積回路装置において、
前記発振回路は、複数段の遅延アンプを備えたリングオシレータであることを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 3.
The semiconductor integrated circuit device, wherein the oscillation circuit is a ring oscillator having a plurality of stages of delay amplifiers.
請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記定電流回路及び前記電流補償回路の動作保証電源電圧における下限値は、1.2V以下であることを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
2. A semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the lower limit value of the operation guarantee power supply voltage of the constant current circuit and the current compensation circuit is 1.2V or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104253601A (en) * 2013-06-27 2014-12-31 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device
JP2015046586A (en) * 2013-07-15 2015-03-12 アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド Module procedure for reducing mosfet flicker noise

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