JP2011013739A - Constant-voltage power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電圧電源回路に関する。 The present invention relates to a constant voltage power supply circuit.
近年、電子機器の高機能化に伴い、電源回路に対する要求も高度化している。例えば、移動体通信機器などでは、リプル除去特性の向上、ノイズ特性の低減が求められている。そのため、差動増幅回路を多段構成にした定電圧電源回路が用いられる。
また、高集積度化・低消費電力化に伴い、定電圧電源回路には低電圧化が要求されている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, the demand for power supply circuits has been advanced with the advancement of functions of electronic devices. For example, mobile communication devices and the like are required to improve ripple removal characteristics and reduce noise characteristics. Therefore, a constant voltage power supply circuit having a multi-stage differential amplifier circuit is used.
Further, with higher integration and lower power consumption, the constant voltage power supply circuit is required to have a lower voltage (for example, see Patent Document 1).
しかし、多段構成の差動増幅回路を低電圧で動作させると不安定になったり、増幅回路を流れる電流が減少して、応答特性の劣化、オフセット電圧(基準電圧と比較電圧との差電圧)のばらつき増加の原因となる。応答特性の劣化は、負荷変動に対する出力電圧の安定性を悪くし、オフセット電圧のばらつき増加は、出力電圧の精度の劣化を招くという問題が生じる。
本発明は、低電圧の出力が可能な定電圧電源回路を提供する。
However, if a multi-stage differential amplifier circuit is operated at a low voltage, it becomes unstable or the current flowing through the amplifier circuit decreases, resulting in degraded response characteristics, offset voltage (difference voltage between the reference voltage and comparison voltage) Cause an increase in dispersion. The deterioration of the response characteristics makes the output voltage unstable with respect to the load fluctuation, and the increase in the offset voltage variation causes the problem that the accuracy of the output voltage is deteriorated.
The present invention provides a constant voltage power supply circuit capable of outputting a low voltage.
本発明の一態様によれば、外部の電源からの電圧を入力して第1の電圧を出力する出力トランジスタと、前記第1の電圧または前記第1の電圧を分圧した電圧を第2の電圧として出力する帰還回路と、第3の電圧を発生する第1の基準電圧発生回路と、共通端子が接地に接続された2つのトランジスタを含み増幅及び定電流の発生をする第1の差動増幅回路を有し、前記第2の電圧の前記第3の電圧に対する誤差を増幅して前記出力トランジスタを制御する誤差増幅回路と、を備えたことを特徴とする定電圧電源回路が提供される。 According to one embodiment of the present invention, an output transistor that inputs a voltage from an external power supply and outputs a first voltage, and a first voltage or a voltage obtained by dividing the first voltage is a second voltage A first differential circuit that includes a feedback circuit that outputs a voltage, a first reference voltage generation circuit that generates a third voltage, and two transistors whose common terminals are connected to the ground, and that generates amplification and constant current There is provided an error amplification circuit that includes an amplification circuit and amplifies an error of the second voltage with respect to the third voltage to control the output transistor. .
本発明によれば、低電圧の出力が可能な定電圧電源回路が提供される。 According to the present invention, a constant voltage power supply circuit capable of outputting a low voltage is provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、本願明細書において高電位及び低電位(高電圧及び低電圧)とは、それぞれ電位(電圧)の絶対値の高電位及び低電位(高電圧及び低電圧)である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
In the specification of the present application, high potential and low potential (high voltage and low voltage) are high potential and low potential (high voltage and low voltage), which are absolute values of the potential (voltage), respectively.
図1は、本発明の実施形態に係る定電圧電源回路の構成を例示する回路図である。
図1に表したように、本実施例の定電圧電源回路60aは、第1の基準電圧発生回路10と、誤差増幅回路30aと、出力トランジスタ40と、帰還回路50とを備える。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the configuration of a constant voltage power supply circuit according to an embodiment of the invention.
As shown in FIG. 1, the constant voltage
出力トランジスタ40は、外部の電源VDDからの電圧を入力して出力端VOUTに第1の電圧を出力する。本実施例においては、出力トランジスタ40として、エンハンスメントP型MOSFETを用いた構成を例示しているが、N型MOSFET、バイポーラトランジスタでもよい。
The
帰還回路50は、第1の電圧または第1の電圧を分圧した電圧を第2の電圧として出力する。本実施例においては、帰還回路50は、出力端VOUTと接地GNDとの間に接続された抵抗R51、R52により構成される。抵抗R51とR52との接続点を出力端VFBとして、第1の電圧を分圧した第2の電圧が出力される。
The
また、帰還回路50は、さらにコンデンサC51と抵抗R53とを有し、誤差増幅回路30a及び出力トランジスタ40にかけられる負帰還を安定化するため位相補償する。なお、本実施例においては、この位相補償回路は、帰還回路50に設けられているが、他の方式の位相補償回路が誤差増幅回路30aなどに設けられ、安定性を実現していてもよい。
The
第1の基準電圧発生回路10は、外部の電源VDDから電圧を入力して出力端VBに第3の電圧を出力する。本実施例においては、第1の基準電圧発生回路10は、ソースにゲートを接続したデプレッションN型の第1のトランジスタMD11と、第1のトランジスタMD11のソースにゲートとドレインとをそれぞれ接続したエンハンスメントN型の第2のトランジスタMN11と、を有する。
The first reference
第1のトランジスタMD11のドレインがトランジスタMD12を介して高電位側の電源VDDに、第2のトランジスタMN11のソースが低電位側の接地GNDに、それぞれ接続されている。また、第1のトランジスタMD11のソースを出力端VBとして第3の電圧が出力される。 The drain of the first transistor MD11 is connected to the power supply VDD on the high potential side via the transistor MD12, and the source of the second transistor MN11 is connected to the ground GND on the low potential side. The third voltage is output using the source of the first transistor MD11 as the output terminal VB.
なお、トランジスタMD12は、第1及び第2のトランジスタMD11、MN11の電流を制限するために挿入されている。電源VDDの電圧及び第1及び第2のトランジスタMD11、MN11に流す電流によってはなくてもよく、また複数のトランジスタを直列に接続してもよい。 The transistor MD12 is inserted to limit the currents of the first and second transistors MD11 and MN11. It may not be necessary depending on the voltage of the power supply VDD and the current flowing through the first and second transistors MD11 and MN11, and a plurality of transistors may be connected in series.
誤差増幅回路30aは、第1の差動増幅回路31を有する。本実施例においては、第1の差動増幅回路31は、2つのエンハンスメントN型のトランジスタMN31、MN32を有する差動増幅回路であり、その共通端子が接地GNDに接続されている。すなわち、トランジスタMN31、MN32のソースが共通接続されて接地GNDに接続されている。これにより、後に図3(a)において説明するように、第1の差動増幅回路31は増幅及び定電流の発生の役割を同時に果たしている。
The
また、誤差増幅回路30aは、1段目の増幅回路36aと2段目の増幅回路38aとを有する2段構成となっている。1段目の増幅回路36aは、上記のとおり第1の差動増幅回路31を有し、エンハンスメントP型のトランジスタMP31、MP32からなるカレントミラーを負荷としている。
Further, the
2段目の増幅回路38aは、エンハンスメントP型のトランジスタMP39とN型のトランジスタMN38との相補型の構成となっている。トランジスタMP39のゲートに入力された信号は、トランジスタMP39、MN38の互いに接続されたドレインから、出力トランジスタ40へ出力される。
The second-
なお、本実施例においては、誤差増幅回路30aが2段構成であり、出力トランジスタ40とあわせて全体で3段構成の増幅回路となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、誤差増幅回路30aは1段以上任意の段数で構成することができる。また、2段目増幅回路38aはなくてもよい。
In this embodiment, the
誤差増幅回路30aの入力端となるトランジスタMN31、MN32のそれぞれのゲートは、出力端VB、VFBに接続され、それぞれ第3の電圧、第2の電圧が入力される。
誤差増幅回路30aにより第2の電圧の第3の電圧に対する誤差が増幅され、上記のとおり出力トランジスタ40に出力される。そして出力トランジスタ40の出力、すなわち第1の電圧が一定となるように制御される。
The gates of the transistors MN31 and MN32 serving as input terminals of the
The
第1の電圧を小さく(低く)するためには、帰還回路50の抵抗R51を小さくして、帰還率(=(R52/(R51+R52))を大きくする必要がある。また、基準電圧である第3の電圧を小さくすることにより、第1の電圧を小さくすることができる。
後の図3(a)において説明するように、本実施例の定電圧電源回路60aによれば、第1の差動増幅回路31を用いたことにより第3の電圧を従来例と比較して小さく設定することができ、低電圧の出力が可能となっている。
In order to reduce (lower) the first voltage, it is necessary to decrease the resistance R51 of the
As will be described later with reference to FIG. 3A, according to the constant voltage
ここで、第1の差動増幅回路31の動作について詳細に説明する。
図2は、比較例の差動増幅回路の回路図である。
図2(a)は、増幅回路として用いられる差動増幅回路の回路図を、また図2(b)は、差動増幅回路を定電圧電源の誤差増幅回路として用いた場合の回路図を、それぞれ表している。
Here, the operation of the first
FIG. 2 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit of a comparative example.
2A is a circuit diagram of a differential amplifier circuit used as an amplifier circuit, and FIG. 2B is a circuit diagram when the differential amplifier circuit is used as an error amplifier circuit of a constant voltage power source. Represents each.
図2(a)に表したように、差動増幅回路136は、2つのトランジスタMN131、MN132からなる差動対を有し、2つのトランジスタMP131、MP132からなるカレントミラーを負荷とする。また、差動増幅回路136の共通端子であるトランジスタMN131、MN132のソースは、トランジスタMN133を介して低電位側の接地GNDに接続されている。
As shown in FIG. 2A, the
トランジスタMN133のゲートは基準電圧発生回路(図示せず)の出力端VBに接続されており、トランジスタMN133は定電流源として動作する。トランジスタMN131、MN132は、トランジスタMN133により定電流駆動される。また、トランジスタMN131、MN132のそれぞれのゲートは2つの信号源VI1、VI2に接続され、それぞれのゲートに信号が入力される。 The gate of the transistor MN133 is connected to the output terminal VB of a reference voltage generation circuit (not shown), and the transistor MN133 operates as a constant current source. The transistors MN131 and MN132 are driven with a constant current by the transistor MN133. The gates of the transistors MN131 and MN132 are connected to the two signal sources VI1 and VI2, and signals are input to the respective gates.
増幅回路として用いられる差動増幅回路136においては、入力信号の電位は、電源VDDの高電位から接地GNDの低電位まで広範囲の電位が許容される必要がある。この広範囲の入力に対して、同相信号除去比(CMRR)を大きくするため、共通端子のトランジスタMN131、MN132のソースを定電流駆動する。
In the
ところで、比較例の差動増幅回路136を定電圧電源回路の誤差増幅回路に用いた場合は、図2(b)の差動増幅回路136aのように表せる。
一方の入力端であるトランジスタMN131のゲートは、基準電圧発生回路(図示せず)の出力端VBに接続される。また、他方の入力端であるトランジスタMN132のゲートは、信号源VI2に接続される。なお、多くの場合、トランジスタMN132のゲートには、出力電圧または出力電圧を分圧した電圧である比較電圧が入力される。
By the way, when the
The gate of the transistor MN131, which is one input terminal, is connected to the output terminal VB of a reference voltage generation circuit (not shown). The gate of the transistor MN132, which is the other input terminal, is connected to the signal source VI2. In many cases, an output voltage or a comparison voltage that is a voltage obtained by dividing the output voltage is input to the gate of the transistor MN132.
すなわち、トランジスタMN131、MN132のゲートへ、それぞれ基準電圧、比較電圧が入力されることになる。
出力電圧を小さくするためには、上記のとおり、帰還回路50の帰還率を大きくする必要がある。また、基準電圧を小さくする必要がある。
That is, the reference voltage and the comparison voltage are input to the gates of the transistors MN131 and MN132, respectively.
In order to reduce the output voltage, it is necessary to increase the feedback rate of the
しかし、図2(b)に表した差動増幅回路136aの構成では、基準電圧を小さくすると、差動増幅回路136aの定電流源の役割をしているトランジスタMN133のドレイン・ソース間電圧が小さくなり非飽和領域に陥る。そのため、差動増幅回路136aを構成するトランジスタMN131、MN132の電流が減少して、応答特性の劣化、オフセット電圧のばらつき増加といった問題が生じる。
However, in the configuration of the
この応答特性の劣化は、負荷変動などによる出力電圧の変動の増加をもたらし、出力電圧の安定性を劣化させる。また、オフセット電圧のばらつき増加は、基準電圧と比較電圧との差(オフセット)電圧のばらつき増加を招き、出力電圧のばらつきを増加させ、出力電圧の精度を劣化させる。 This deterioration of the response characteristic causes an increase in output voltage fluctuation due to load fluctuation or the like, and degrades the stability of the output voltage. Further, an increase in offset voltage variation causes an increase in the difference (offset) voltage variation between the reference voltage and the comparison voltage, thereby increasing the output voltage variation and degrading the accuracy of the output voltage.
ここで、定電流源の役割をしているトランジスタMN133における非飽和領域と飽和領域の境界のドレイン・ソース間電圧をVDSsat133、トランジスタMN133の動作時のドレイン・ソース間電圧をVDS133とする。 Here, the drain-source voltage of the boundary of the non-saturation region and a saturation region of the transistor MN133 that the role of the constant current source Vdssat 133, the drain-source voltage during operation of the transistor MN133 and VDS 133.
トランジスタMN133が飽和領域で動作するためには、VDS133≧VDsat133という条件が必要である。この条件は、トランジスタMN133の動作時のドレイン・ソース間電圧をVDS133に、MOSトランジスタの基本特性式である(1)式を用いて、(2)式のように表される。 In order for the transistor MN133 to operate in the saturation region, a condition of VDS 133 ≧ VDsat 133 is necessary. This condition is expressed as equation (2) using the drain-source voltage during operation of the transistor MN133 as VDS 133 and the equation (1) which is the basic characteristic equation of the MOS transistor.
ただし、IDはドレイン電流、μnは多数キャリア移動度、COXは酸化膜容量、Wはゲート幅、Lはゲート長、VGSはゲート・ソース間電圧、Vthは閾値電圧である。また、(1)式においては、チャンネル長変調効果を無視している。
Where ID is the drain current, μ n is the majority carrier mobility, C OX is the oxide film capacitance, W is the gate width, L is the gate length, V GS is the gate-source voltage, and Vth is the threshold voltage. In the equation (1), the channel length modulation effect is ignored.
ただし、VREFは基準電圧であり、トランジスタMN133、MN131のそれぞれのゲート電圧である。また、トランジスタMN133、MN131の物理量にそれぞれ133、131の添え字を付けている。
However, VREF is a reference voltage and is the gate voltage of each of the transistors MN133 and MN131. Subscripts 133 and 131 are added to the physical quantities of the transistors MN133 and MN131, respectively.
(2)式より、基準電圧VREFは、次の(3)式の条件を満たさないと、トランジスタMN133が非飽和領域に陥って電流が減少してしまうことになる。
このように、基準電圧VREFを小さくして、出力電圧を小さくするのには、限界がある。
一方、抵抗R51を小さくして、出力電圧を小さくすることにも、以下のように限界がある。すなわち抵抗R51を小さくすると、コンデンサC51、抵抗R53、R52、R51によって生じるゼロとポールの周波数差を利用している位相補償の効果が少なくなる。また、帰還率(=R52/(R51+R52))が大きくなることにより、安定性が悪くなり発振しやすくなる。
Thus, there is a limit in reducing the reference voltage VREF and reducing the output voltage.
On the other hand, there is a limit to reducing the output voltage by reducing the resistance R51 as follows. That is, when the resistance R51 is reduced, the effect of phase compensation using the frequency difference between zero and pole generated by the capacitor C51 and the resistances R53, R52, and R51 is reduced. Further, since the feedback rate (= R52 / (R51 + R52)) increases, the stability is deteriorated and oscillation is likely to occur.
ところで、誤差増幅回路として図2(b)に表した差動増幅回路136aを用いた場合は、上記のとおり、トランジスタMN131のゲートに基準電圧が入力され、トランジスタMN132のゲートに比較電圧が入力されることになる。この比較電圧は、基準電圧と等しくなるように制御されるため、ほぼ等しい電圧となる。
By the way, when the
従って、定電圧電源回路の誤差増幅回路に差動増幅回路136aを用いた場合、2つのトランジスタMN131、MN132のそれぞれのゲートには、ほぼ一定の電圧が入力されることになる。
誤差増幅回路においては、入力信号の電位を広範囲に許容する必要がない。また、トランジスタMN131、MN133は、ともに定電流を発生している。
Therefore, when the
In the error amplifier circuit, it is not necessary to allow the potential of the input signal over a wide range. The transistors MN131 and MN133 both generate a constant current.
図3は、本実施例の差動増幅回路の構成を例示する回路図である。
図3(a)は、第1の差動増幅回路31を有する差動増幅回路36aの回路図である。図3(b)は、第1の差動増幅回路31の高電位側にゲート接地型増幅回路32を重ねカスコード接続した構成を有する差動増幅回路36bの回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the configuration of the differential amplifier circuit of this embodiment.
FIG. 3A is a circuit diagram of a
まず、図3(a)に表した第1の差動増幅回路31を有する差動増幅回路36aについて説明する。
第1の差動増幅回路31は、2つのエンハンスメントN型のトランジスタMN31、MN32を有する差動増幅回路で、その共通端子であるソースが接地GNDに接続されている。
First, the
The first
トランジスタMN31のゲートは、第1の基準電圧発生回路(図示せず)の出力端VBに接続され、トランジスタMN32のゲートは、帰還回路(図示せず)の出力端VFBに接続される。
すなわち、トランジスタMN31、MN32のゲートには、それぞれ第3の電圧、第2の電圧が入力される。
The gate of the transistor MN31 is connected to the output terminal VB of the first reference voltage generation circuit (not shown), and the gate of the transistor MN32 is connected to the output terminal VFB of the feedback circuit (not shown).
That is, the third voltage and the second voltage are input to the gates of the transistors MN31 and MN32, respectively.
本実施例の第1の差動増幅回路31においては、比較例の差動増幅回路136aのように、ソースと接地GNDとの間に定電流源となるトランジスタMN133がないため、第3の電圧を小さくすることができる。
また、第3の電圧を小さく設定できるため、低電圧出力時にも帰還回路50の抵抗R51を小さくして帰還率を大きくする必要がない。そのため、安定性が悪くなり発振する問題は生じない。
In the first
Further, since the third voltage can be set small, it is not necessary to reduce the resistance R51 of the
さらに、低電圧出力時にトランジスタMN31、MN32の電流が減少することによる、応答特性の劣化、オフセット電圧のばらつき増加といった問題も生じない。
このように、本実施例の定電圧電源回路60aによれば、誤差増幅回路30aとして第1の差動増幅回路31を用いることにより、従来例と比較して低電圧出力が可能となる。
Furthermore, problems such as deterioration of response characteristics and increase in offset voltage variations due to a decrease in the currents of the transistors MN31 and MN32 during low voltage output do not occur.
As described above, according to the constant voltage
また、図3(b)に表したように、第1の差動増幅回路31の高電位側にゲート接地型増幅回路32を重ねることにより、カスコード接続となり、ゲート接地型増幅回路32の出力インピーダンスを増加することができる。電源VDDの電圧変動に対して定電流特性がよくなり、出力電圧、すなわち第2の電圧の安定度が向上する。
Further, as shown in FIG. 3B, cascode connection is established by overlapping the grounded gate
図3(b)に表したように、ゲート接地型増幅回路32を構成するトランジスタMN33、MN34のゲートは、それぞれ第1の基準電圧発生回路10(図示せず)の出力端VBに接続されている。すなわち、トランジスタMN33、MN34のゲートには、ともに第3の電圧が入力されている。
As shown in FIG. 3B, the gates of the transistors MN33 and MN34 constituting the
また、第1の差動増幅回路31を構成するトランジスタMN31、MN32のゲートは、それぞれ第2の基準電圧発生回路20(図示せず)の出力端VA、帰還回路50(図示せず)の出力端VFBに接続される。
すなわち、トランジスタMN31、MN32のゲートには、それぞれ第4の電圧、第2の電圧が入力されている。
The gates of the transistors MN31 and MN32 constituting the first
That is, the fourth voltage and the second voltage are input to the gates of the transistors MN31 and MN32, respectively.
ここで、第4の電圧は、第3の電圧より低電圧に設定されている。
第1の差動増幅回路31を構成するトランジスタMN31、MN32は、差動増幅と定電流の発生との役割を兼ねている。ゲート接地型増幅回路32を構成するトランジスタMN33、34のそれぞれのゲート電圧は第3の電圧であり、第1の差動増幅回路31を構成するトランジスタMN31のゲート電圧である第4の電圧より高電圧となっている。
Here, the fourth voltage is set to be lower than the third voltage.
The transistors MN31 and MN32 constituting the first
そのため、第1の差動増幅回路31を構成するトランジスタMN31、MN32のそれぞれのドレイン・ソース間電圧を大きい値に設定することが可能になり、トランジスタMN31、MN32を飽和領域の状態で動作させることができる。
トランジスタMN31、MN32を飽和領域の状態で動作させる条件は、(3)式と同様に、(4)式により表される。
Therefore, the drain-source voltages of the transistors MN31 and MN32 constituting the first
The condition for operating the transistors MN31 and MN32 in the state of the saturation region is expressed by the equation (4) similarly to the equation (3).
ただし、VBは第3の電圧である。また、(3)式と同様に、トランジスタMN31、MN33の物理量にはそれぞれ31、33の添え字を付けている。
第3の電圧を(4)式で与えられる基準電圧VBに設定することにより、第4の電圧を小さくしてもトランジスタMN31、MN32を飽和領域で動作させることができる。
However, VB is the third voltage. Similarly to the equation (3),
By setting the third voltage to the reference voltage VB given by the equation (4), the transistors MN31 and MN32 can be operated in the saturation region even if the fourth voltage is reduced.
次に、この差動増幅回路36bを用いた定電圧電源回路の実施例について説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る定電圧電源回路の他の構成を例示する回路図である。
図4に表したように、本実施例の定電圧電源回路60bは、第2の基準電圧発生回路20及び誤差増幅回路30bを備える点が、定電圧電源回路60aと異なる。
誤差増幅回路30bは、上記の差動増幅回路36bを有する。まず、第2の基準電圧発生回路20について説明する。
Next, an embodiment of a constant voltage power supply circuit using the
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating another configuration of the constant voltage power supply circuit according to the embodiment of the invention.
As shown in FIG. 4, the constant voltage
The
第2の基準電圧発生回路20は、トランジスタMN20、MN21、MN22、MP21、MP22、MP23、抵抗R21、R22、コンデンサC21を有し、定電圧電源回路を構成している。
The second reference
トランジスタMN21、MN22は差動増幅回路であり、トランジスタMN23を定電流源、トランジスタMP21、MP22を負荷として、誤差増幅回路を構成している。また、トランジスタMP23は、電源VDDの電圧を入力して、安定化した電圧を出力する。その出力は、トランジスタMN21、MN22の誤差増幅回路に帰還されている。 The transistors MN21 and MN22 are differential amplifier circuits, and constitute an error amplifier circuit with the transistor MN23 as a constant current source and the transistors MP21 and MP22 as loads. Further, the transistor MP23 inputs the voltage of the power supply VDD and outputs a stabilized voltage. The output is fed back to the error amplification circuit of the transistors MN21 and MN22.
この誤差増幅回路には、基準電圧として第3の電圧、比較電圧としてトランジスタMP23の出力の電圧が、それぞれ入力される。比較電圧の基準電圧に対する誤差は増幅され、トランジスタMP23を制御する。
トランジスタMP23の出力は、抵抗R21、R22により分圧される。抵抗R21、R22の接続点を出力端VAとして、第4の電圧が出力される。
The error amplification circuit receives the third voltage as the reference voltage and the output voltage of the transistor MP23 as the comparison voltage. The error of the comparison voltage with respect to the reference voltage is amplified and controls the transistor MP23.
The output of the transistor MP23 is divided by resistors R21 and R22. A fourth voltage is output using the connection point of the resistors R21 and R22 as the output terminal VA.
なお、本実施例においては、第2の基準電圧発生回路20として、トランジスタMN21、MN22、MN23、MP21、MP22、MP23を有する定電圧電源回路を用いる構成を例示している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成、例えば、第1の差動増幅回路31を用いることもできる。また、第1の基準電圧発生回路10の出力端VBに抵抗を接続して、第3の電圧を分圧して第4の電圧とすることもできる。
なお、コンデンサC21は、位相補償のために挿入されている。
In this embodiment, a configuration using a constant voltage power supply circuit having transistors MN21, MN22, MN23, MP21, MP22, and MP23 as the second reference
The capacitor C21 is inserted for phase compensation.
誤差増幅回路30bは、1段目の増幅回路36b及び2段目の増幅回路38bを有する。1段目の増幅回路36bは、図3(b)に表した増幅回路36bと同様である。
また、2段目の増幅回路38bは、図1に表した定電圧電源回路60aにおける2段目の増幅回路38aにトランジスタMN39を追加した構成となっている。
The
The second-
図4に表したように、トランジスタMN38、MN39のゲートに、それぞれ第4の電圧、第3の電圧を入力する。
これにより、トランジスタMN38のドレイン・ソース間電圧を大きい値に設定することが可能になり、トランジスタMN38を飽和領域の状態で動作させることができる。
As shown in FIG. 4, the fourth voltage and the third voltage are input to the gates of the transistors MN38 and MN39, respectively.
As a result, the drain-source voltage of the transistor MN38 can be set to a large value, and the transistor MN38 can be operated in the saturation region.
このように、本実施例の定電圧電源回路60bによれば、第3の電圧を大きい値に設定することにより、第4の電圧を小さくすることができ、低電圧の出力が可能となっている。
なお、本実施例においては、誤差増幅回路30bが2段構成であり、出力トランジスタ40とあわせて全体で3段構成の増幅回路となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、誤差増幅回路30bは1段以上任意の段数で構成することができる。また、2段目の増幅回路38bはなくてもよい。
Thus, according to the constant voltage
In this embodiment, the
図5は、本発明の実施形態に係る定電圧電源回路の他の構成を例示する回路図である。
図5に表したように、本実施例の定電圧電源回路60cにおいては、第1の基準電圧発生回路10aとして、バンドギャップリファレンス回路10aを用いている点が、定電圧電源回路60bと異なる。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another configuration of the constant voltage power supply circuit according to the embodiment of the invention.
As shown in FIG. 5, the constant voltage
バンドギャップリファレンス回路10aは、第1のバイポーラトランジスタQ11、第2のバイポーラトランジスタQ12、第3のバイポーラトランジスタQ13、カレントミラーCM、第1の抵抗R11、第2の抵抗R12を有する。
The band
本実施例においては、カレントミラーCMは、トランジスタMN12、MN13、MP11〜MP13を有し、2段で構成されている。カレントミラーCMは基準側のトランジスタMN12と、第1の電流発生回路であるトランジスタMN13と、第2の電流発生回路であるトランジスタMP13とを有している。 In this embodiment, the current mirror CM includes transistors MN12, MN13, and MP11 to MP13, and is configured in two stages. The current mirror CM includes a reference-side transistor MN12, a transistor MN13 that is a first current generation circuit, and a transistor MP13 that is a second current generation circuit.
第1のバイポーラトランジスタQ11は、そのベースとコレクタとがそれぞれ接地GNDに接続され、エミッタがカレントミラーCMの基準側のトランジスタMN12に接続されている。 The first bipolar transistor Q11 has its base and collector connected to the ground GND, and its emitter connected to the reference transistor MN12 of the current mirror CM.
また、第2のバイポーラトランジスタQ12は、そのベースとコレクタとがそれぞれ接地GNDに接続されている。そのエミッタは、第1の抵抗R11を介してカレントミラーCMの第1の電流発生回路であるトランジスタMN13に接続されている。 The second bipolar transistor Q12 has its base and collector connected to the ground GND. The emitter is connected to the transistor MN13 which is the first current generating circuit of the current mirror CM via the first resistor R11.
さらに、第3のバイポーラトランジスタQ13は、そのベースとコレクタとがそれぞれ接地GNDに接続されている。そのエミッタは、第2の抵抗R12を介してカレントミラーCMの第2の電流発生回路であるトランジスタMP13に接続されている。 Furthermore, the third bipolar transistor Q13 has its base and collector connected to the ground GND. The emitter is connected to the transistor MP13, which is the second current generation circuit of the current mirror CM, via the second resistor R12.
ここで、第1〜第3のバイポーラトランジスタQ11〜Q13のエミッタ面積は、1:n:nに設定されている。ただし、n>1である。
カレントミラーCMにより、第1のバイポーラトランジスタQ11、第2のバイポーラトランジスタQ12、第3のバイポーラトランジスタQ13にはそれぞれ絶対温度に比例した電流Iが流れる。
Here, the emitter areas of the first to third bipolar transistors Q11 to Q13 are set to 1: n: n. However, n> 1.
Due to the current mirror CM, a current I proportional to the absolute temperature flows through the first bipolar transistor Q11, the second bipolar transistor Q12, and the third bipolar transistor Q13.
すなわち、第1の抵抗R11、第2の抵抗R12を流れる電流Iは等しく、第2の抵抗R12と第2の電流発生回路であるトランジスタMP13との接続点を出力端VBとして第3の電圧が出力される。この第3の電圧は、第1の抵抗R11、第2の抵抗R12の抵抗値を設定することにより温度補償することができる。すなわち、第3の電圧の絶対温度による微分がゼロとなるように抵抗値を設定することができる。 That is, the currents I flowing through the first resistor R11 and the second resistor R12 are equal, and the connection point between the second resistor R12 and the transistor MP13 which is the second current generation circuit is the output terminal VB, and the third voltage is Is output. This third voltage can be temperature compensated by setting the resistance values of the first resistor R11 and the second resistor R12. That is, the resistance value can be set so that the differentiation of the third voltage by the absolute temperature becomes zero.
本実施例においては、第1の基準電圧発生回路10aとして、バンドギャップリファレンス回路10aを用いているため、温度補償された基準電圧を供給することができ、温度補償された安定な第1の電圧を出力することができる。
本実施例の定電圧電源回路60cによれば、さらに安定な低電圧の出力が可能である。
In this embodiment, since the
According to the constant voltage
なお、本実施例においては、第3の電圧は第2の電流発生回路であるトランジスタMP13と第2の抵抗R12との接続点から出力しているが、第1の電流発生回路であるトランジスタMN13と第1の抵抗R11との接続点から出力してもよい。
また、本実施例においては、カレントミラーCMとして、トランジスタMN12、MN13、MP11〜MP13による2段構成の場合を例示しているが、任意の段数で構成することもできる。
また、定電圧電源回路60a〜60cにおいては、正電圧を出力する構成を例示しているが、同様に負電圧を出力する定電圧電源回路を構成することもできる。
In the present embodiment, the third voltage is output from the connection point between the transistor MP13, which is the second current generation circuit, and the second resistor R12, but the transistor MN13, which is the first current generation circuit. May be output from a connection point between the first resistor R11 and the first resistor R11.
In the present embodiment, the current mirror CM is illustrated as a two-stage configuration using transistors MN12, MN13, and MP11 to MP13. However, the current mirror CM may be configured with an arbitrary number of stages.
In the constant voltage
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、定電圧電源回路を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, with regard to the specific configuration of each element constituting the constant voltage power supply circuit, the present invention is similarly implemented by appropriately selecting from a well-known range by those skilled in the art, as long as the same effect can be obtained. It is included in the scope of the invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施形態として上述した定電圧電源回路を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての定電圧電源回路も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
In addition, all constant voltage power supply circuits that can be implemented by those skilled in the art based on the constant voltage power supply circuit described above as an embodiment of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. Belongs to a range.
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
10 第1の基準電圧発生回路
10a 第1の基準電圧発生回路(バンドギャップリファレンス回路)
20 第2の基準電圧発生回路
30a、30b 誤差増幅回路
31 第1の差動増幅回路
32 ゲート接地型増幅回路
32 差増増幅回路
36a、36b 1段目の増幅回路(差動増幅回路)
38a、38b 2段目の増幅回路
40 出力トランジスタ
50 帰還回路
60a、60b、60c 定電圧電源回路
136、136a 差動増幅回路
C21、C51 コンデンサ
GND 接地
MD11 第1のトランジスタ
MD12 デプレッションN型MOSトランジスタ
MN11 第2のトランジスタ
MN12 エンハンスメントN型MOSトランジスタ(カレントミラーの基準側)
MN13 エンハンスメントN型MOSトランジスタ(第1の電流発生回路)
MN21〜MN23、MN31〜MN34、MN38、MN39、MN131〜MN133 エンハンスメントN型MOSトランジスタ
MP11〜MP12、MP21〜MP23、MP31、MP32、MP39、MP131、MP132 エンハンスメントP型MOSトランジスタ
MP13 エンハンスメントP型MOSトランジスタ(第2の電流発生回路)
Q11 第1のバイポーラトランジスタ
Q12 第2のバイポーラトランジスタ
Q13 第3のバイポーラトランジスタ
R11 第1の抵抗
R12 第2の抵抗
R21、R22、R51、R52、R53 抵抗
VDD 電源
VOUT 出力端
DESCRIPTION OF
20 Second reference
38a, 38b Second
MN13 enhancement N-type MOS transistor (first current generation circuit)
MN21-MN23, MN31-MN34, MN38, MN39, MN131-MN133 Enhancement N-type MOS transistors MP11-MP12, MP21-MP23, MP31, MP32, MP39, MP131, MP132 Enhancement P-type MOS transistor MP13 Enhancement P-type MOS transistor 2 current generation circuit)
Q11 First bipolar transistor Q12 Second bipolar transistor Q13 Third bipolar transistor R11 First resistor R12 Second resistor R21, R22, R51, R52, R53 Resistor VDD power supply VOUT output terminal
Claims (5)
前記第1の電圧または前記第1の電圧を分圧した電圧を第2の電圧として出力する帰還回路と、
第3の電圧を発生する第1の基準電圧発生回路と、
共通端子が接地に接続された2つのトランジスタを含み増幅及び定電流の発生をする第1の差動増幅回路を有し、前記第2の電圧の前記第3の電圧に対する誤差を増幅して前記出力トランジスタを制御する誤差増幅回路と、
を備えたことを特徴とする定電圧電源回路。 An output transistor for inputting a voltage from an external power source and outputting a first voltage;
A feedback circuit for outputting the first voltage or a voltage obtained by dividing the first voltage as a second voltage;
A first reference voltage generating circuit for generating a third voltage;
A first differential amplifier circuit that includes two transistors having a common terminal connected to the ground and that amplifies and generates a constant current; amplifies an error of the second voltage with respect to the third voltage; and An error amplification circuit for controlling the output transistor;
A constant voltage power supply circuit comprising:
前記誤差増幅回路は、前記第1の差動増幅回路の高電位側にカスコード接続され、前記第3の電圧が入力されるゲート接地型増幅回路をさらに有し、
前記第1の差動増幅回路に入力される前記第4の電圧と前記第2の電圧との誤差を増幅して前記出力トランジスタを制御することを特徴とする請求項1記載の定電圧電源回路。 A second reference voltage generating circuit for generating a fourth voltage lower than the third voltage;
The error amplifier circuit further includes a grounded-gate amplifier circuit that is cascode-connected to the high potential side of the first differential amplifier circuit and to which the third voltage is input;
2. The constant voltage power supply circuit according to claim 1, wherein an error between the fourth voltage and the second voltage input to the first differential amplifier circuit is amplified to control the output transistor. .
ドレインが前記電源に接続され、ソースとゲートとが互いに接続された第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース及びゲートに、ゲートとドレインとがそれぞれ接続され、ソースが接地に接続された第2のトランジスタと、
を有し、
前記第1のトランジスタのソースに前記第3の電圧を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の定電圧電源回路。 The first reference voltage generation circuit includes:
A first transistor having a drain connected to the power source and a source and a gate connected to each other;
A second transistor having a gate and a drain connected to a source and a gate of the first transistor, respectively, and a source connected to the ground;
Have
3. The constant voltage power supply circuit according to claim 1, wherein the third voltage is output to a source of the first transistor.
第1及び第2の電流発生回路を有するカレントミラーと、
ベースとコレクタとがそれぞれ接地に接続され、エミッタが前記カレントミラーの基準側に接続された第1のバイポーラトランジスタと、
一端が前記第1の電流発生回路に接続された第1の抵抗と、
一端が前記第2の電流発生回路に接続された第2の抵抗と、
ベースとコレクタとがそれぞれ接地に接続され、エミッタが前記第1の抵抗の他端に接続された第2のバイポーラトランジスタと、
ベースとコレクタとがそれぞれ接地に接続され、エミッタが前記第2の抵抗の他端に接続された第3のバイポーラトランジスタと、
を有し、
前記第2の抵抗と前記第2の電流発生回路との接続点に前記第3の電圧を出力するバンドギャップリファレンス回路であることを特徴とする請求項1または2に記載の定電圧電源回路。 The first reference voltage generation circuit includes:
A current mirror having first and second current generation circuits;
A first bipolar transistor having a base and a collector each connected to ground and an emitter connected to the reference side of the current mirror;
A first resistor having one end connected to the first current generating circuit;
A second resistor having one end connected to the second current generating circuit;
A second bipolar transistor having a base and a collector each connected to ground and an emitter connected to the other end of the first resistor;
A third bipolar transistor having a base and a collector each connected to ground and an emitter connected to the other end of the second resistor;
Have
3. The constant voltage power supply circuit according to claim 1, wherein the constant voltage power supply circuit is a band gap reference circuit that outputs the third voltage to a connection point between the second resistor and the second current generation circuit.
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