JP2009031987A - Bias generation circuit and semiconductor device - Google Patents

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Tatsuo Kato
達夫 加藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bias generation circuit and a semiconductor device, which can respond to the request of maintaining current of the whole circuit constant or the request of maintaining the resistance value of a transistor which receives bias voltage at a constant value. <P>SOLUTION: The bias generation circuit includes: the first and second resistances serially connected between a power supply voltage and ground and having the same resistance value; the third resistance serially connected between the power supply voltage and the ground and having the resistance value, and a MOS transistor; and a differential amplifier circuit having an inverted input terminal and a non-inverted input terminal, one of the inverted input terminal and the non-inverted input terminal being connected to a first node connecting the first and second resistances, and the other of the inverted input terminal and the non-inverted input terminal being connected to a second node connecting the third resistance to the MOS transistor, and an output terminal connected to a gate of the MOS transistor. A bias current controlled to be constant by the resistance value is outputted from a third node connecting the gate of the MOS transistor to the output terminal of the differential circuit without depending on a parameter for determining characteristics of the MOS transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイアス発生回路及び半導体装置に係り、特に一定のバイアス電流を発生する構成のバイアス発生回路及び半導体装置に関する。   The present invention relates to a bias generation circuit and a semiconductor device, and more particularly to a bias generation circuit and a semiconductor device configured to generate a constant bias current.

半導体装置等に内蔵されるバイアス発生回路では、バイアス電流を一定に保つ要求がある場合がある。図1及び図2は、このような要求を満たすよう構成された従来のバイアス発生回路を示す回路図である。   In a bias generation circuit built in a semiconductor device or the like, there is a case where a bias current needs to be kept constant. 1 and 2 are circuit diagrams showing a conventional bias generation circuit configured to satisfy such a requirement.

図1は従来のバイアス回路の一例を示し、バイアス発生回路は同図に示す如く接続された抵抗R及びNMOSトランジスタM1を有する。図1及び後述する図2乃至図5において、VDDは電源電圧を示し、GNDは接地電圧を示す。   FIG. 1 shows an example of a conventional bias circuit. The bias generation circuit has a resistor R and an NMOS transistor M1 connected as shown in FIG. In FIG. 1 and FIGS. 2 to 5 described later, VDD indicates a power supply voltage, and GND indicates a ground voltage.

ここで、抵抗R及びNMOSトランジスタM1を流れる電流をIb、NMOSトランジスタM1の閾値電圧をVthで示すと、電流Ib及びNMOSトランジスタM1のゲートとソースを接続するノードVBの電位VBは夫々次式(1),(2)で表される。尚、βは各NMOSトランジスタM1の電流を決めるパラメータでトランジスタディメンジョン等で決定される値を示し、一般的なMOSトランジスタのドレイン電流式で用いられる記号である。

Figure 2009031987

図2は従来のバイアス回路の他の例を示し、バイアス発生回路は同図に示す如く接続された抵抗R、NMOSトランジスタM11, M12及びPMOSトランジスタM13,M14を有する。 Here, when the current flowing through the resistor R and the NMOS transistor M1 is denoted by Ib, and the threshold voltage of the NMOS transistor M1 is denoted by Vth, the potential VB of the node VB connecting the gate and the source of the current Ib and the NMOS transistor M1 is 1) and (2). Note that β is a parameter that determines the current of each NMOS transistor M1 and is a value determined by transistor dimensions or the like, and is a symbol used in a drain current equation of a general MOS transistor.

Figure 2009031987

FIG. 2 shows another example of a conventional bias circuit, which has a resistor R, NMOS transistors M11 and M12, and PMOS transistors M13 and M14 connected as shown in FIG.

ここで、抵抗R、NMOSトランジスタM11,M12及びPMOSトランジスタM13,M14を流れる電流をIb、NMOSトランジスタM11の閾値電圧をVth1、PMOSトランジスタM14の閾値電圧をVth4、NMOSトランジスタM11の電流を決めるパラメータをβ1、PMOSトランジスタM14の電流を決めるパラメータをβ4で示し、NMOSトランジスタM12 のチャネル幅がNMOSトランジスタM11のm倍であるとすると、電流Ib、NMOSトランジスタM11,M12のゲートを接続するノードVBNの電位VBN及びPMOSトランジスタM13,M14のゲートを接続するノードVBPの電位VBPは夫々次式(3),(4),(5)で表される。

Figure 2009031987

通常、図1のバイアス発生回路で発生されたノードVBからの電圧や、図2のバイアス発生回路で発生されたノードVBN又はVBPからの電圧は、カレントミラー回路を構成する他のトランジスタに供給することで、カレントミラー回路を流れる電流を制御する。 Here, the resistor R, the current flowing through the NMOS transistors M11 and M12 and the PMOS transistors M13 and M14 are Ib, the threshold voltage of the NMOS transistor M11 is Vth1, the threshold voltage of the PMOS transistor M14 is Vth4, and the parameters that determine the current of the NMOS transistor M11 are β1, a parameter that determines the current of the PMOS transistor M14 is denoted by β4, and assuming that the channel width of the NMOS transistor M12 is m times that of the NMOS transistor M11, the current Ib and the potential of the node VBN connecting the gates of the NMOS transistors M11 and M12 The potential VBP of the node VBP connecting the VBN and the gates of the PMOS transistors M13 and M14 is expressed by the following equations (3), (4), and (5), respectively.

Figure 2009031987

Normally, the voltage from the node VB generated by the bias generation circuit of FIG. 1 and the voltage from the node VBN or VBP generated by the bias generation circuit of FIG. 2 are supplied to other transistors constituting the current mirror circuit. Thus, the current flowing through the current mirror circuit is controlled.

図1のバイアス発生回路では、ノードVBから得られるバイアス発生回路の出力をNMOSトランジスタM1とカレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタM2のゲートに入力することで、NMOSトランジスタM2に流れる電流IoをNMOSトランジスタM2のソース電位Voに関らず一定に保つことができる。   In the bias generation circuit of FIG. 1, by inputting the output of the bias generation circuit obtained from the node VB to the gate of the NMOS transistor M2 constituting the NMOS transistor M1 and the current mirror circuit, the current Io flowing through the NMOS transistor M2 is NMOS transistor. It can be kept constant regardless of the source potential Vo of M2.

図2のバイアス発生回路では、ノードVBNから得られるバイアス発生回路の出力をNMOSトランジスタM12とカレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタM15のゲートに入力することで、NMOSトランジスタM15に流れる電流IonをNMOSトランジスタM15のソース電位Vonに関らず一定に保つことができると共に、ノードVBPから得られるバイアス発生回路の出力をPMOSトランジスタM14とカレントミラー回路を構成するPMOSトランジスタM16のゲートに入力することで、PMOSトランジスタM16に流れる電流IopをPMOSトランジスタM16のソース電位Vopに関らず一定に保つことができる。   In the bias generation circuit of FIG. 2, the output of the bias generation circuit obtained from the node VBN is input to the gate of the NMOS transistor M15 that constitutes the current mirror circuit together with the NMOS transistor M12, so that the current Ion flowing through the NMOS transistor M15 It can be kept constant regardless of the source potential Von of M15, and the output of the bias generation circuit obtained from the node VBP is input to the PMOS transistor M14 and the gate of the PMOS transistor M16 constituting the current mirror circuit, so that the PMOS The current Iop flowing through the transistor M16 can be kept constant regardless of the source potential Vop of the PMOS transistor M16.

尚、上記の式(1)〜(5)は、各トランジスタの動作領域が飽和領域であることを前提としているが、各トランジスタの動作領域が弱反転領域である場合についても同様の式を求めることができるので、その説明は省略する。   The above equations (1) to (5) are based on the premise that the operation region of each transistor is a saturation region, but the same equation is also obtained when the operation region of each transistor is a weak inversion region. The description thereof is omitted.

例えば、特許文献1には、製造プロセスのバラツキの影響を抑制するトランジスタと電源電圧の変動の影響を抑制するトランジスタを有するバイアス発生回路が提案されている。
特開2003−150258号公報
For example, Patent Document 1 proposes a bias generation circuit having a transistor that suppresses the influence of variations in manufacturing processes and a transistor that suppresses the influence of fluctuations in power supply voltage.
JP 2003-150258 A

図1のバイアス発生回路に流れる電流Ib及びバイアス出力電圧VBN及び図2のバイアス発生回路に流れる電流Ib及びバイアス出力電圧VBN,VBPは、上記式(1)〜(5)から算出されるが、これらの式(1)〜(5)中にトランジスタの特性を決定するパラメータVth,Vth1,Vth4,β, β1, β4が存在している。これらのパラメータVth,Vth1,Vth4,β, β1, β4は、周知の如く、温度及び半導体装置の製造プロセスのバラツキ等により、その値が設計値の約半分から約2倍程度まで変化してしまう。このため、バイアス発生回路に流れる電流Ib及びバイアス出力電流も大きく変化してしまうことになる。   The current Ib and bias output voltage VBN flowing in the bias generation circuit of FIG. 1 and the current Ib and bias output voltages VBN and VBP flowing in the bias generation circuit of FIG. 2 are calculated from the above equations (1) to (5). In these formulas (1) to (5), there are parameters Vth, Vth1, Vth4, β, β1, β4 that determine the characteristics of the transistor. As is well known, the values of these parameters Vth, Vth1, Vth4, β, β1, β4 vary from about half of the design value to about twice due to variations in temperature and semiconductor device manufacturing processes. . For this reason, the current Ib flowing through the bias generation circuit and the bias output current also change greatly.

半導体装置を設計する際、通常の回路動作においてはこれらのパラメータVth,Vth1,Vth4,β, β1, β4の変化に対応できるように回路設計を行うので、問題が生じることは無いが、回路全体の電流を一定に保ちたい場合、若しくは、バイアス電圧を受けるトランジスタの抵抗値を一定値に保ちたい場合には、図1及び図2の如き構成のバイアス発生回路では対応することができないという問題があった。   When designing a semiconductor device, the circuit is designed so that it can respond to changes in these parameters Vth, Vth1, Vth4, β, β1, β4 in normal circuit operation, so there is no problem, but the entire circuit 1 or 2 is not applicable to the case where it is desired to maintain a constant current or to maintain a constant resistance value of a transistor receiving a bias voltage. there were.

そこで、本発明は、回路全体の電流を一定に保ちたい場合、若しくは、バイアス電圧を受けるトランジスタの抵抗値を一定値に保ちたい場合であっても対応可能なバイアス発生回路及び半導体装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a bias generation circuit and a semiconductor device that can be used even when it is desired to keep the current of the entire circuit constant or when the resistance value of a transistor receiving a bias voltage is kept constant. For the purpose.

上記の課題は、電源電圧と接地との間に直列接続された同じ抵抗値を有する第1及び第2の抵抗と、該電源電圧と該接地との間に直列接続された該抵抗値を有する第3の抵抗と第1のMOSトランジスタと、該第1及び第2の抵抗を接続する第1のノードに反転入力端子及び非反転入力端子の一方が接続され、該第3の抵抗と該第1のMOSトランジスタを接続する第2のノードに該反転入力端子及び該非反転入力端子の他方が接続され、出力端子が該第1のMOSトランジスタのゲートに接続された差動増幅回路とを備え、該第1のMOSトランジスタのゲートと該差動増幅回路の出力端子を接続する第3のノードから、該第1のMOSトランジスタの特性を決定するパラメータに依存することなく該抵抗値により一定に制御されたバイアス電流を出力することを特徴とするバイアス発生回路によって達成できる。   The above-described problem has the first and second resistors having the same resistance value connected in series between the power supply voltage and the ground, and the resistance value connected in series between the power supply voltage and the ground. One of an inverting input terminal and a non-inverting input terminal is connected to a first node connecting the third resistor, the first MOS transistor, and the first and second resistors, and the third resistor and the first MOS transistor are connected to each other. A differential amplification circuit in which the other of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal is connected to a second node connecting one MOS transistor, and an output terminal is connected to the gate of the first MOS transistor; From the third node that connects the gate of the first MOS transistor and the output terminal of the differential amplifier circuit, the resistance value is controlled to be constant without depending on the parameter that determines the characteristics of the first MOS transistor. Output bias current It can be achieved by a bias generator circuit according to claim.

上記の課題は、前記バイアス発生回路を備えたことを特徴とする半導体装置によって達成できる。この場合、半導体装置は、該第1のMOSトランジスタとゲートとソース又はドレインが共通接続され、且つ、該第1のMOSトランジスタとカレントミラー回路を構成する第3のMOSトランジスタを更に備え、該第1及び第2の抵抗を流れる第1の電流と、該第3の抵抗及び該第1のMOSトランジスタを流れる電流と、該第3のMOSトランジスタを流れる電流とが等しくなるように制御される構成としても良い。   The above object can be achieved by a semiconductor device including the bias generation circuit. In this case, the semiconductor device further includes a third MOS transistor that has a gate, a source, or a drain connected in common to the first MOS transistor, and that forms a current mirror circuit with the first MOS transistor. A configuration in which the first current flowing through the first and second resistors, the current flowing through the third resistor and the first MOS transistor, and the current flowing through the third MOS transistor are controlled to be equal. It is also good.

本発明によれば、回路全体の電流を一定に保ちたい場合、若しくは、バイアス電圧を受けるトランジスタの抵抗値を一定値に保ちたい場合であっても対応可能なバイアス発生回路及び半導体装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a bias generation circuit and a semiconductor device that can be used even when it is desired to keep the current of the entire circuit constant or when the resistance value of a transistor that receives a bias voltage is kept constant. be able to.

本発明では、バイアス発生回路は、複数の抵抗素子を有する抵抗ブリッジ回路を備え、複数の抵抗素子の少なくとも1つがMOSトランジスタに置き換えられた構成を有する。バイアス発生回路は、このMOSトランジスタのオン抵抗値が置き換える前の抵抗素子の抵抗値と等しくなるようにMOSトランジスタのゲート電位を制御する回路部も備える。これにより、抵抗素子のみで電流値が決まる定電流源を構成することができる。   In the present invention, the bias generation circuit includes a resistance bridge circuit having a plurality of resistance elements, and has a configuration in which at least one of the plurality of resistance elements is replaced with a MOS transistor. The bias generation circuit also includes a circuit unit for controlling the gate potential of the MOS transistor so that the on-resistance value of the MOS transistor becomes equal to the resistance value of the resistance element before replacement. Thereby, a constant current source whose current value is determined only by the resistance element can be configured.

尚、このようなバイアス発生回路を備えた半導体装置は、このMOSトランジスタに、ゲート及びソース又はドレインが共通接続され同一基板上に形成されたカレントミラー回路を構成する別のMOSトランジスタを接続することで、この別のMOSトランジスタを流れる電流値を抵抗素子で決定する構成としても良い。   In a semiconductor device having such a bias generation circuit, another MOS transistor constituting a current mirror circuit formed on the same substrate having a gate and a source or drain connected in common is connected to the MOS transistor. Thus, the current value flowing through the other MOS transistor may be determined by a resistance element.

つまり、回路全体の電流を一定に保ちたい場合、若しくは、バイアス電圧を受けるトランジスタの抵抗値を一定値に保ちたい場合であっても対応可能なバイアス発生回路、及びそのようなバイアス発生回路を備えた半導体装置を構成することができる。   That is, there is provided a bias generation circuit that can be used even when it is desired to keep the current of the entire circuit constant or when the resistance value of the transistor receiving the bias voltage is kept constant, and such a bias generation circuit. A semiconductor device can be configured.

以下に、本発明のバイアス発生回路及び半導体装置の各実施例を、図3以降と共に説明する。   Hereinafter, embodiments of the bias generation circuit and the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の第1実施例では、半導体装置(又は、半導体チップ)は、基板(図示せず)上に各種集積回路が形成された構成を有する。本実施例では、バイアス発生回路は、このような半導体装置の基板上に形成されており、同一基板上に形成された各種集積回路にバイアス電流(又は、バイアス電圧)を供給する集積回路である。   In the first embodiment of the present invention, the semiconductor device (or semiconductor chip) has a configuration in which various integrated circuits are formed on a substrate (not shown). In this embodiment, the bias generation circuit is an integrated circuit that is formed on the substrate of such a semiconductor device and supplies a bias current (or bias voltage) to various integrated circuits formed on the same substrate. .

図3は本発明の第1実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。バイアス発生回路は、図3に示す如く接続された抵抗ブリッジ回路20及び差動増幅回路(又は、オペアンプ)21を有する。抵抗ブリッジ回路20は、同じ抵抗値Rを有する複数の抵抗Rの少なくとも1つがNMOSトランジスタM21に置き換えられた構成を有する。差動増幅回路21は、このNMOSトランジスタM21のオン抵抗値が置き換える前の抵抗Rの抵抗値Rと等しくなるようにNMOSトランジスタM1のゲート電位を制御する。これにより、NMOSトランジスタM1の抵抗Rのみで電流値が決まる定電流源を構成することができる。ノードAは、図3中左側の抵抗R,Rを直列接続する。ノードBは、図3中右側の抵抗RとNMOSトランジスタM21を直列接続する。ノードAは差動増幅回路21の反転入力端子に接続され、ノードBは差動増幅回路21の非反転入力端子に接続されている。ノードVB1は、差動増幅回路21の出力端子とNMOSトランジスタM21のゲートを接続する。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a bias generation circuit according to the first embodiment of the present invention. The bias generation circuit includes a resistance bridge circuit 20 and a differential amplifier circuit (or operational amplifier) 21 connected as shown in FIG. The resistance bridge circuit 20 has a configuration in which at least one of a plurality of resistors R having the same resistance value R is replaced with an NMOS transistor M21. The differential amplifier circuit 21 controls the gate potential of the NMOS transistor M1 so that the on-resistance value of the NMOS transistor M21 becomes equal to the resistance value R of the resistor R before replacement. Thereby, a constant current source whose current value is determined only by the resistance R of the NMOS transistor M1 can be configured. The node A connects the resistors R and R on the left side in FIG. 3 in series. The node B connects the resistor R on the right side in FIG. 3 and the NMOS transistor M21 in series. Node A is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 21, and node B is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 21. The node VB1 connects the output terminal of the differential amplifier circuit 21 and the gate of the NMOS transistor M21.

次に、図3のバイアス発生回路の動作を説明する。抵抗ブリッジ回路20において、ノードAの電位とノードBの電位は差動増幅回路21の動作により同電位になる。ノードAとノードBが同じ電位になるためには、NMOSトランジスタM21のオン抵抗値が抵抗Rの抵抗値Rと同じになる必要がある。このため、NMOSトランジスタM21のオン抵抗値は、抵抗Rと等しい抵抗値Rに保たれる。この場合、電流Iaが流れるノードAの抵抗値と電流Ibが流れるノードBの抵抗値が等しいため、Ia = Ib となる。更に、NMOSトランジスタM21と同じ半導体装置内に設けられた(即ち、同一基板上の)NMOSトランジスタM22は、ゲートとソース又はドレインが共通なカレントミラー回路となっているため、NMOSトランジスタM22を流れる電流Ioの電流値は電流Ibと等しくなる。以上のことから、Ia(= Ib = Io)の値は次式(6)から求められる。

Figure 2009031987
NMOSトランジスタM22が飽和領域、若しくは、弱反転領域で動作する場合、NMOSトランジスタM22は、NMOSトランジスタM22を流れる電流Ioがそのゲート電圧(VB1)のみで決定される定電流源として動作するため、電源電圧VDDが一定であれば抵抗値のみで電流が決定される定電流源となる。図1及び図2に示す従来例の場合、式(1)〜(5)中にトランジスタの特性を決定するパラメータVth,Vth1,Vth4,β, β1, β4が存在するが、上記式(6)中にはそのようなトランジスタの特性を決定するパラメータが存在しないので、本実施例のバイアス発生回路は従来例に比べて安定した定電流源を実現できる。 Next, the operation of the bias generation circuit of FIG. 3 will be described. In the resistance bridge circuit 20, the potential of the node A and the potential of the node B become the same potential by the operation of the differential amplifier circuit 21. In order for the node A and the node B to have the same potential, the on-resistance value of the NMOS transistor M21 needs to be the same as the resistance value R of the resistor R. For this reason, the on-resistance value of the NMOS transistor M21 is kept at the resistance value R equal to the resistance R. In this case, since the resistance value of the node A through which the current Ia flows is equal to the resistance value of the node B through which the current Ib flows, Ia = Ib. Further, since the NMOS transistor M22 provided in the same semiconductor device as the NMOS transistor M21 (that is, on the same substrate) is a current mirror circuit having a common gate and source or drain, the current flowing through the NMOS transistor M22 The current value of Io is equal to the current Ib. From the above, the value of Ia (= Ib = Io) is obtained from the following equation (6).

Figure 2009031987
When the NMOS transistor M22 operates in the saturation region or the weak inversion region, the NMOS transistor M22 operates as a constant current source in which the current Io flowing through the NMOS transistor M22 is determined only by its gate voltage (VB1). If the voltage VDD is constant, the current is determined by only the resistance value. In the case of the conventional example shown in FIGS. 1 and 2, parameters Vth, Vth1, Vth4, β, β1, β4 that determine the characteristics of the transistor are present in the equations (1) to (5). Since there is no parameter for determining the characteristics of such a transistor, the bias generation circuit of this embodiment can realize a constant current source that is more stable than the conventional example.

本発明の第2実施例では、半導体装置は、基板(図示せず)上に各種集積回路が形成された構成を有する。本実施例では、バイアス発生回路は、このような半導体装置の基板上に形成されており、同一基板上に形成された各種集積回路にバイアス電流(又は、バイアス電圧)を供給する集積回路である。   In the second embodiment of the present invention, the semiconductor device has a configuration in which various integrated circuits are formed on a substrate (not shown). In this embodiment, the bias generation circuit is an integrated circuit that is formed on the substrate of such a semiconductor device and supplies a bias current (or bias voltage) to various integrated circuits formed on the same substrate. .

図4は本発明の第2実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。バイアス発生回路は、図4に示す如く接続された抵抗ブリッジ回路30及び差動増幅回路(又は、オペアンプ)31を有する。抵抗ブリッジ回路30は、複数の抵抗Rの少なくとも1つがPMOSトランジスタM31に置き換えられた構成を有する。差動増幅回路31は、このPMOSトランジスタM31のオン抵抗値が置き換える前の抵抗Rの抵抗値Rと等しくなるようにMOSトランジスタM31のゲート電位を制御する。これにより、PMOSトランジスタM31の抵抗Rのみで電流値が決まる定電流源を構成することができる。ノードAは、図4中左側の抵抗R,Rを直列接続する。ノードBは、図4中右側の抵抗RとPMOSトランジスタM31を直列接続する。ノードAは差動増幅回路31の反転入力端子に接続され、ノードBは差動増幅回路31の非反転入力端子に接続されている。ノードVB1は、差動増幅回路31の出力端子とPMOSトランジスタM31のゲートを接続する。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a bias generation circuit according to the second embodiment of the present invention. The bias generation circuit includes a resistance bridge circuit 30 and a differential amplifier circuit (or operational amplifier) 31 connected as shown in FIG. The resistance bridge circuit 30 has a configuration in which at least one of the plurality of resistors R is replaced with a PMOS transistor M31. The differential amplifier circuit 31 controls the gate potential of the MOS transistor M31 so that the on-resistance value of the PMOS transistor M31 is equal to the resistance value R of the resistor R before replacement. As a result, a constant current source whose current value is determined only by the resistance R of the PMOS transistor M31 can be configured. The node A connects the resistors R and R on the left side in FIG. 4 in series. The node B connects the resistor R on the right side in FIG. 4 and the PMOS transistor M31 in series. Node A is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 31, and node B is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 31. The node VB1 connects the output terminal of the differential amplifier circuit 31 and the gate of the PMOS transistor M31.

図4では、図3に示すNMOSトランジスタM12,M22がPMOSトランジスタM31,M32に置き換えられているだけであり、図4に示すバイアス発生回路の動作は図3の場合と実質的に同じであるため、その説明は省略する。   4, only the NMOS transistors M12 and M22 shown in FIG. 3 are replaced with PMOS transistors M31 and M32, and the operation of the bias generation circuit shown in FIG. 4 is substantially the same as that in FIG. The description is omitted.

PMOSトランジスタM32が飽和領域、若しくは、弱反転領域で動作する場合、PMOSトランジスタM32は、PMOSトランジスタM32を流れる電流Ioがそのゲート電圧(VB1)のみで決定される定電流源として動作するため、電源電圧VDDが一定であれば抵抗値のみで電流が決定される定電流源となる。図1及び図2に示す従来例の場合、式(1)〜(5)中にトランジスタの特性を決定するパラメータVth,Vth1,Vth4,β, β1, β4が存在するが、上記式(6)中にはそのようなトランジスタの特性を決定するパラメータが存在しないので、本実施例のバイアス発生回路は、上記第1実施例の場合と同様に、従来例に比べて安定した定電流源を実現できる。   When the PMOS transistor M32 operates in the saturation region or the weak inversion region, the PMOS transistor M32 operates as a constant current source in which the current Io flowing through the PMOS transistor M32 is determined only by its gate voltage (VB1). If the voltage VDD is constant, the current is determined by only the resistance value. In the case of the conventional example shown in FIGS. 1 and 2, parameters Vth, Vth1, Vth4, β, β1, β4 that determine the characteristics of the transistor are present in the equations (1) to (5). Since there are no parameters that determine the characteristics of such transistors, the bias generation circuit of this embodiment realizes a constant current source that is more stable than the conventional example, as in the case of the first embodiment. it can.

図5は、本発明の第3実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。図5中、図3と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、トランジスタをカスコード結合した構成を採用している。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a bias generating circuit according to the third embodiment of the present invention. 5 that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. In this embodiment, a configuration in which transistors are cascode coupled is adopted.

図5に示す抵抗ブリッジ回路20−1は、ノードBとNMOSトランジスタM21との間に接続されたNMOSトランジスタM23を更に有する。NMOSトランジスタM23のゲートは、ノードBに接続されている。又、NMOSトランジスタM21と共にゲートとソース又はドレインが共通なカレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタM22には、NMOSトランジスタM24が更に接続されている。このNMOSトランジスタM24は、電位VoとNMOSトランジスタM22の間に接続されており、NMOSトランジスタM24のゲートはノードBに接続されている。従って、本実施例では、NMOSトランジスタM21,M23とNMOSトランジスタM22,M24によりカレントミラー回路が構成されている。   The resistance bridge circuit 20-1 illustrated in FIG. 5 further includes an NMOS transistor M23 connected between the node B and the NMOS transistor M21. The gate of the NMOS transistor M23 is connected to the node B. Further, an NMOS transistor M24 is further connected to the NMOS transistor M22 that forms a current mirror circuit having a common gate and source or drain together with the NMOS transistor M21. The NMOS transistor M24 is connected between the potential Vo and the NMOS transistor M22, and the gate of the NMOS transistor M24 is connected to the node B. Therefore, in this embodiment, the NMOS transistors M21 and M23 and the NMOS transistors M22 and M24 constitute a current mirror circuit.

このようなカスコード結合した構成を採用した場合、上記第1実施例より更に精度の高い定電流源を実現することができる。   When such a cascode-coupled configuration is employed, a constant current source with higher accuracy than that of the first embodiment can be realized.

本発明の第4実施例のバイアス発生回路は、図5に示す如きカスコード結合を有する上記第3実施例の構成を、図4に示す上記第2実施例の構成に適用したものである。つまり、本実施例では、図5におけるNMOSトランジスタM21〜M24がPMOSトランジスタに置き換えられるだけであるので、その図示及び説明は省略する。   The bias generation circuit of the fourth embodiment of the present invention is obtained by applying the configuration of the third embodiment having cascode coupling as shown in FIG. 5 to the configuration of the second embodiment shown in FIG. That is, in this embodiment, the NMOS transistors M21 to M24 in FIG. 5 are simply replaced with PMOS transistors, and illustration and description thereof are omitted.

尚、本発明は、以下に付記する発明をも包含するものである。
(付記1)
電源電圧と接地との間に直列接続された同じ抵抗値を有する第1及び第2の抵抗と、
該電源電圧と該接地との間に直列接続された該抵抗値を有する第3の抵抗と第1のMOSトランジスタと、
該第1及び第2の抵抗を接続する第1のノードに反転入力端子及び非反転入力端子の一方が接続され、該第3の抵抗と該第1のMOSトランジスタを接続する第2のノードに該反転入力端子及び該非反転入力端子の他方が接続され、出力端子が該第1のMOSトランジスタのゲートに接続された差動増幅回路とを備え、
該第1のMOSトランジスタのゲートと該差動増幅回路の出力端子を接続する第3のノードから、該第1のMOSトランジスタの特性を決定するパラメータに依存することなく該抵抗値により一定に制御されたバイアス電流を出力することを特徴とするバイアス発生回路。
(付記2)
該第2のノードと該第1のMOSトランジスタとの間にカスコード結合され、且つ、ゲートが該第2のノードに接続された第2のMOSトランジスタを更に備えたことを特徴とする付記1記載のバイアス発生回路。
(付記3)
該第1のMOSトランジスタは該接地に接続されたNMOSトランジスタであり、該反転入力端子は該第1のノードに接続され、該非反転入力端子は該第2のノードに接続されたことを特徴とする付記1又は2記載のバイアス発生回路。
(付記4)
該第1のMOSトランジスタは該電源電圧に接続されたPMOSトランジスタであり、該反転入力端子は該第1のノードに接続され、該非反転入力端子は該第2のノードに接続されたことを特徴とする付記1又は2記載のバイアス発生回路。
(付記5)
付記1乃至4のいずれか1項記載のバイアス発生回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
(付記6)
該第1のMOSトランジスタとゲートとソース又はドレインが共通接続され、且つ、該第1のMOSトランジスタとカレントミラー回路を構成する第3のMOSトランジスタを更に備え、
該第1及び第2の抵抗を流れる第1の電流と、該第3の抵抗及び該第1のMOSトランジスタを流れる電流と、該第3のMOSトランジスタを流れる電流とが等しくなるように制御されることを特徴とする付記5記載の半導体装置。
(付記7)
該バイアス発生回路及び該第3のMOSトランジスタは同一基板上に形成されていることを特徴とする付記6記載の半導体装置。
In addition, this invention also includes the invention attached to the following.
(Appendix 1)
First and second resistors having the same resistance value connected in series between a power supply voltage and ground;
A third resistor having a resistance value and a first MOS transistor connected in series between the power supply voltage and the ground;
One of an inverting input terminal and a non-inverting input terminal is connected to a first node that connects the first and second resistors, and a second node that connects the third resistor and the first MOS transistor. A differential amplifier circuit in which the other of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal is connected, and an output terminal is connected to the gate of the first MOS transistor;
From the third node that connects the gate of the first MOS transistor and the output terminal of the differential amplifier circuit, the resistance value is controlled to be constant without depending on the parameter that determines the characteristics of the first MOS transistor. A bias generation circuit that outputs a bias current.
(Appendix 2)
2. The supplementary note 1, further comprising a second MOS transistor that is cascode-coupled between the second node and the first MOS transistor and has a gate connected to the second node. Bias generator circuit.
(Appendix 3)
The first MOS transistor is an NMOS transistor connected to the ground, the inverting input terminal is connected to the first node, and the non-inverting input terminal is connected to the second node. The bias generator circuit according to appendix 1 or 2.
(Appendix 4)
The first MOS transistor is a PMOS transistor connected to the power supply voltage, the inverting input terminal is connected to the first node, and the non-inverting input terminal is connected to the second node. The bias generator circuit according to appendix 1 or 2.
(Appendix 5)
A semiconductor device comprising the bias generation circuit according to any one of appendices 1 to 4.
(Appendix 6)
A first MOS transistor, a gate and a source or drain are connected in common, and the first MOS transistor further comprises a third MOS transistor constituting a current mirror circuit;
The first current flowing through the first and second resistors, the current flowing through the third resistor and the first MOS transistor, and the current flowing through the third MOS transistor are controlled to be equal. The semiconductor device according to appendix 5, characterized in that:
(Appendix 7)
The semiconductor device according to appendix 6, wherein the bias generation circuit and the third MOS transistor are formed on the same substrate.

以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。   While the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

従来のバイアス発生回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional bias generation circuit. 従来のバイアス発生回路の他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example of the conventional bias generation circuit. 本発明の第1実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a bias generation circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the bias generation circuit of 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例のバイアス発生回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the bias generation circuit of 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20,20−1,30 抵抗ブリッジ回路
21,31 差動増幅回路
M21,M22,M23,M24 NMOSトランジスタ
M31,M32 PMOSトランジスタ
R 抵抗
VDD 電源電圧
GND 接地電圧
20, 20-1, 30 Resistive bridge circuit 21, 31 Differential amplifier circuit
M21, M22, M23, M24 NMOS transistors
M31, M32 PMOS transistor
R resistance
VDD supply voltage
GND Ground voltage

Claims (5)

電源電圧と接地との間に直列接続された同じ抵抗値を有する第1及び第2の抵抗と、
該電源電圧と該接地との間に直列接続された該抵抗値を有する第3の抵抗と第1のMOSトランジスタと、
該第1及び第2の抵抗を接続する第1のノードに反転入力端子及び非反転入力端子の一方が接続され、該第3の抵抗と該第1のMOSトランジスタを接続する第2のノードに該反転入力端子及び該非反転入力端子の他方が接続され、出力端子が該第1のMOSトランジスタのゲートに接続された差動増幅回路とを備え、
該第1のMOSトランジスタのゲートと該差動増幅回路の出力端子を接続する第3のノードから、該第1のMOSトランジスタの特性を決定するパラメータに依存することなく該抵抗値により一定に制御されたバイアス電流を出力することを特徴とするバイアス発生回路。
First and second resistors having the same resistance value connected in series between a power supply voltage and ground;
A third resistor having a resistance value and a first MOS transistor connected in series between the power supply voltage and the ground;
One of an inverting input terminal and a non-inverting input terminal is connected to a first node that connects the first and second resistors, and a second node that connects the third resistor and the first MOS transistor. A differential amplifier circuit in which the other of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal is connected, and an output terminal is connected to the gate of the first MOS transistor;
From the third node that connects the gate of the first MOS transistor and the output terminal of the differential amplifier circuit, the resistance value is controlled to be constant without depending on the parameter that determines the characteristics of the first MOS transistor. A bias generation circuit that outputs a bias current.
該第2のノードと該第1のMOSトランジスタとの間にカスコード結合され、且つ、ゲートが該第2のノードに接続された第2のMOSトランジスタを更に備えたことを特徴とする請求項1記載のバイアス発生回路。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second MOS transistor cascode-coupled between the second node and the first MOS transistor and having a gate connected to the second node. The bias generation circuit described. 該第1のMOSトランジスタは該接地に接続されたNMOSトランジスタであり、該反転入力端子は該第1のノードに接続され、該非反転入力端子は該第2のノードに接続されたことを特徴とする請求項1又は2記載のバイアス発生回路。   The first MOS transistor is an NMOS transistor connected to the ground, the inverting input terminal is connected to the first node, and the non-inverting input terminal is connected to the second node. The bias generation circuit according to claim 1 or 2. 該第1のMOSトランジスタは該電源電圧に接続されたPMOSトランジスタであり、該反転入力端子は該第1のノードに接続され、該非反転入力端子は該第2のノードに接続されたことを特徴とする請求項1又は2記載のバイアス発生回路。   The first MOS transistor is a PMOS transistor connected to the power supply voltage, the inverting input terminal is connected to the first node, and the non-inverting input terminal is connected to the second node. The bias generation circuit according to claim 1 or 2. 請求項1乃至4のいずれか1項記載のバイアス発生回路と、
該第1のMOSトランジスタとゲートとソース又はドレインが共通接続され、且つ、該第1のMOSトランジスタとカレントミラー回路を構成する第3のMOSトランジスタとを備え、
該第1及び第2の抵抗を流れる第1の電流と、該第3の抵抗及び該第1のMOSトランジスタを流れる電流と、該第3のMOSトランジスタを流れる電流とが等しくなるように制御されることを特徴とする半導体装置。
A bias generation circuit according to any one of claims 1 to 4,
A first MOS transistor, a gate and a source or drain connected in common, and the first MOS transistor and a third MOS transistor constituting a current mirror circuit;
The first current flowing through the first and second resistors, the current flowing through the third resistor and the first MOS transistor, and the current flowing through the third MOS transistor are controlled to be equal. A semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116505933A (en) * 2023-06-21 2023-07-28 艾创微(上海)电子科技有限公司 MOS tube on-resistance matching circuit

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