JP2011118532A - 定電流回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源起動時に起動・零安定を繰り返して発振状態になることを防ぎ、低消費電流で動作可能な定電流回路を提供する。
【解決手段】電源起動時、ノードＡが起動状態に到達するまでの期間、ノードＢへの励起電流の供給を継続することによって、起動・零安定を繰り返すことなく、定電流回路を短時間で確実に起動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路のチップ上に形成される定電流回路に関し、特に、電源投入時に発振を防止する起動手段を備えた定電流回路に関する。

定電流回路は、様々な電子機器の回路の電流供給源として用いられている。定電流回路の機能は、電源端子の電源変動によらず出力端子に一定の電流を出力することであり、低消費電流動作も重要である。

図４に、従来の定電流回路の回路図を示す。従来の定電流回路の回路図は、定電流回路部４１０と判別回路部４１１とで構成されている。定電流回路の出力が判別回路４１１のＰｃｈトランジスタ４０７のゲートに接続されており、判別回路部４１１の出力が定電流回路４１０のＮｃｈトランジスタ４０６のゲートに接続されている。

次に動作について説明する。

電源投入直後には、定電流回路部４１０の出力端子４２２の電位はゼロであり、電源電圧１３０が上昇するにつれて上昇する。出力端子４２２の電圧と電源電圧１３０との差がＰｃｈトランジスタ４０７のしきい値電圧以下であると、Ｐｃｈトランジスタ４０７はオフ状態になる。このときノードＣの電位はゼロとなるので、インバータ４０８の出力端子の電位はハイとなる。このため、Ｎｃｈトランジスタ４０６はオン状態になり、出力端子４２２の電位はゼロとなる。そして、定電流回路部４１０のＰｃｈトランジスタ４０１、Ｐｃｈトランジスタ４０２のゲート電位がゼロとなったことから、ノードＡ、ノードＢへ電流Ｉ１、Ｉ２が励起される（電流励起動作と称する）。これと同時にＰｃｈトランジスタ４０７のゲート電位が下がったことから、ノードＣと負荷抵抗４０９に電流が流れる。このとき、ノードＣの電位がインバータ４０８の論理しきい値をうわまわる様に決めておくと、インバータ４０８の出力端子の電位は反転しゼロとなるので、Ｎｃｈトランジスタ４０６はオフ状態となる。

ここで、もし、励起電流Ｉ１、Ｉ２で定電流回路部４１０が動作しなければノードＢの電位が上昇しその結果Ｐｃｈトランジスタ４０７がオフするので、判別回路部４１１は前述の電流励起動作へ移行し、定電流回路部４１０に再び電流Ｉ１、Ｉ２が励起される。

この様に定電流回路部４１０が動作するまで、判別回路部４１１により電流Ｉ１、Ｉ２が何回でも励起され、回路は確実に起動され、「定電流状態」に移行する。

これまでの説明は、判別回路部４１１で、Ｐｃｈトランジスタ４０７のオン・オフを起動用信号に変換するための手段として抵抗４０９ を用いた例について行なったが、この抵抗４０９ を、デプレッション型のＮｃｈトランジスタで構成することもできる。すなわち、このデプレッション型Ｎｃｈトランジスタのドレイン電極を判別回路部４１１のノードＣに接続し、ゲート電極とソース電極とを共通にして接地電位１３１に接続する。この接続により、このデプレッション型Ｎｃｈトランジスタはゲートバイアス電圧が常にゼロのデプレッション型Ｎｃｈトランジスタとして動作することになるので、良く知られているように、高抵抗値を必要とする回路における抵抗体の面積縮小に効果をもたらす。

特開平７−１０６８６９号公報

しかしながら、従来技術ではノードＢにて定電流回路部４１０の起動状態をモニタし、ノードＢへ起動用の励起電流を供給する。もし、定電流回路部４１０のノードＡが起動状態に移行する前に励起電流の供給が終了すると、回路の起動が行われず、再び零安定状態へと戻り、起動・零安定を繰り返して発振状態となる可能性がある。また、起動後に判別回路部４１１には常時電流が流れ続けるため低消費電流化に適さない。

従来の課題を解決するために、本発明の定電流回路では以下のような構成とした。

ソースが第一の電源に接続された第一のトランジスタと、ドレインおよびゲートがそれぞれ前記第一のトランジスタのドレインに接続され、ソースが第二の電源に接続された第二のトランジスタと、ソースが前記第一の電源に接続され、ドレインおよびゲートが前記第一のトランジスタのゲートに接続された第三のトランジスタと、ソースが第一の抵抗に接続され、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートおよびドレインに接続され、ドレインが前記第三のトランジスタのゲートおよびドレインに接続された第四のトランジスタと、一方を前記第四のトランジスタのソースに接続され、もう一方を前記第二の電源に接続された前記第一の抵抗と、を備える定電流回路部と、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートに接続された第五および第六のトランジスタと、ゲートが前記第五と前記第六のトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第三のトランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第二の電源回路に接続された第七のトランジスタと、を備える起動回路と、を備えることを特徴とする定電流回路。

本発明の定電流回路によれば、ノードＡが起動状態に到達するまでの期間、ノードＢへの励起電流の供給を継続することによって、起動・零安定を繰り返すことなく、定電流回路を短時間で確実に起動させるという効果がある。

さらに、ノードＡの電位が電源変動等の外乱によって判別回路の閾値を下回った時、再度励起電流を供給し、定電流回路を再起動して零安定状態へ移行することを防止するという効果がある。

また、判別回路はインバータ構成であるため、起動前後において定常電流が流れ続けることはなく、低消費電流動作に最適である、という効果がある。

第一の実施形態の定電流回路の回路図である。 第二の実施形態の定電流回路の回路図である。 第三の実施形態の定電流回路の回路図である。 従来の定電流回路の回路図である。 第四の実施形態の定電流回路の回路図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の定電流回路の回路図である。

本実施形態の定電流回路は、定電流回路部１１０と、起動回路部１１１とを備えている。

定電流回路部１１０は、Ｐｃｈトランジスタ１０１と、Ｐｃｈトランジスタ１０２とＮｃｈトランジスタ１０３とＮｃｈトランジスタ１０４と抵抗１０８とを備えている。Ｐｃｈトランジスタ１０１は、ソースは電源端子１３０に接続され、ドレインはＮｃｈトランジスタ１０３のドレインに接続され、ゲートはＰｃｈトランジスタ１０２のゲートに接続される。Ｐｃｈトランジスタ１０２は、ソースは電源端子１３０に接続され、ドレインはゲートおよびＮｃｈトランジスタ１０４のドレインに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０３は、ソースはグラウンド端子１３１に接続され、ドレインはゲートおよびＮｃｈトランジスタ１０４のゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０４は、ソースは抵抗１０８に接続される。抵抗１０８は、一方はＮｃｈトランジスタ１０４のソースに接続され、もう一方はグラウンド端子１３１に接続される。

起動回路部１１１は、Ｐｃｈトランジスタ１０５と、Ｎｃｈトランジスタ１０６とＮｃｈトランジスタ１０７とを備えている。Ｐｃｈトランジスタ１０５は、ソースは電源端子１３０に接続され、ドレインはＮｃｈトランジスタ１０６のドレインおよびＮｃｈトランジスタ１０７のゲートに接続され、ゲートはＮｃｈトランジスタ１０３のゲートおよびＮｃｈトランジスタ１０６のゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０６は、ソースはグラウンド端子１３１に接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０７は、ソースはグラウンド端子１３１に接続され、ドレインはＰｃｈトランジスタ１０２のゲートに接続される。

次に動作について説明する。

Ｎｃｈトランジスタ１０６は、Ｎｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４よりも閾値の低いトランジスタを用いている。

電源起動後、ノードＡの電位がＮｃｈトランジスタ１０６の閾値より低い時、起動回路部１１１のＰｃｈトランジスタ１０５とＮｃｈトランジスタ１０６は定電流回路部１１０が起動状態にないと判断し、Ｎｃｈトランジスタ１０７へと起動信号を出力する。そして、Ｎｃｈトランジスタ１０７はＰｃｈトランジスタ１０２から励起電流を引き抜く。Ｐｃｈトランジスタ１０１、Ｐｃｈトランジスタ１０２はカレントミラーを構成しているため、Ｐｃｈトランジスタ１０１へ励起電流を発生させる。Ｐｃｈトランジスタ１０１による励起電流はノードＡの対地寄生容量を充電し、Ｎｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４をオンさせる。ここで、Ｎｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４のゲート電位がＮｃｈトランジスタ１０６、Ｐｃｈトランジスタ１０５から構成されるインバータの閾値を越えると、インバータの出力はハイレベルからローレベルへと反転し、Ｎｃｈトランジスタ１０７は遮断領域動作へ移行し、励起電流の供給が終了する。この時点でＰｃｈトランジスタ１０１と、Ｐｃｈトランジスタ１０２とＮｃｈトランジスタ１０３とＮｃｈトランジスタ１０４には十分な電流が流れており、定電流回路部は確実に定常状態へと移行する。

定電流回路部が定常状態へ移行後、ノードＡの電位が電源変動やノイズ等の外乱によって起動回路部のインバータの閾値を下回った時、再度励起電流を供給し定電流回路を再起動して確実に定常状態へ移行する
起動回路部はインバータ構成であるため、起動前後において定常電流が流れ続けることはなく、低消費電流動作を行うことができる。

以上記載したように、本実施形態の定電流回路は、ノードＡが起動状態に到達するまでの期間、ノードＢへの励起電流の供給を継続することによって、起動・零安定を繰り返すことなく、定電流回路を短時間で確実に起動させることが可能となる。

さらに、ノードＡの電位が電源変動等の外乱によって判別回路の閾値を下回った時、再度励起電流を供給し、定電流回路を再起動して零安定状態へ移行することを防止するという効果がある。

また、判別回路はインバータ構成であるため、起動前後において定常電流が流れ続けることはなく、低消費電流動作に最適であるという効果がある。

図２は、第二の実施形態の定電流回路の回路図である。
図１との違いはＮｃｈトランジスタ２０１とＰｃｈトランジスタ１０５の間に抵抗２０２を挿入し、Ｎｃｈトランジスタ２０１の閾値をＮｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４と同じにした点である。

抵抗２０２は、一方はＰｃｈトランジスタ１０５のドレインに接続され、もう一方はＮｃｈトランジスタ２０１のドレインとＮｃｈトランジスタ１０７のゲートに接続される。

次に第二の実施形態の定電流回路の動作について説明する。

製造プロセス上の制約等によってＮｃｈトランジスタ２０１にＮｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４と異なる閾値のトランジスタを使用出来ない時、抵抗２０２を用いることで調整する。抵抗２０２を追加することによってインバータの閾値を調整し、定常状態におけるノードＡの電位よりも低い値にすることで、起動回路部１１１を動作させることができる。

以上記載したように、第二の実施形態の定電流回路は、抵抗２０２を用いることによってＮｃｈトランジスタ２０１の閾値を低くなるように調整し、起動回路を動作させることが可能となる。

図３は、第三の実施形態の定電流回路の回路図である。

図１との違いはＮｃｈトランジスタ１０７とＰｃｈトランジスタ１０２の間に抵抗３０１を挿入した点である。

抵抗３０１は、一方はＰｃｈトランジスタ１０２のゲートに接続され、もう一方はＮｃｈトランジスタ１０７のドレインに接続される。

次に第三の実施形態の定電流回路の動作について説明する。

抵抗３０１がないとき、Ｎｃｈトランジスタ１０７による励起電流は、電源電圧をＶＤＤ、Ｐｃｈトランジスタ１０２の閾値をＶｔｈ（ＰＭ２）、Ｎｃｈトランジスタ１０７のオン抵抗をＲｏｎ（ＮＭ４）とすると｛ＶＤＤ−Ｖｔｈ（ＰＭ２）｝／Ｒｏｎ（ＮＭ４）となる。式からわかるように、電源電圧が高くなると電流値が増大し起動時の消費電流が増大していく。この電流を制限する方法として抵抗３０１を挿入することで起動電流に制限をかけている。抵抗３０１を用いた時の励起電流は、抵抗３０１の抵抗値をＲ２とすると｛ＶＤＤ−Ｖｔｈ（ＰＭ２）｝／｛Ｒｏｎ（ＮＭ４）＋Ｒ２｝とすることが出来る。式からわかるように、Ｒ２を大きくすることで励起電流を制限することができるようになる。

以上記載したように、第三の実施形態の定電流回路は、抵抗３０１を用いることによって起動時の電流を小さくなるように制限し、起動回路を動作させることが可能となる。

図５は、第四の実施形態の定電流回路の回路図である。

図５の定電流回路は、図１の定電流回路を逆導電型にした点である。

次に第四の実施形態の定電流回路の動作について説明する。

Ｐｃｈトランジスタ５０２は、Ｐｃｈトランジスタ１０１、Ｐｃｈトランジスタ１０２よりも閾値の低いトランジスタを用いている。

電源起動後、ノードＢの電位がＰｃｈトランジスタ５０２の閾値より高い時、起動回路部１１１のＰｃｈトランジスタ５０２とＮｃｈトランジスタ５０３は定電流回路部１１０が起動状態にないと判断し、Ｐｃｈトランジスタ５０４へと起動信号を出力する。そしてＰｃｈトランジスタ５０４はＮｃｈトランジスタ１０３へ励起電流を流していく。Ｎｃｈトランジスタ１０３、Ｎｃｈトランジスタ１０４はカレントミラーを構成しており、Ｎｃｈトランジスタ１０４へ励起電流を発生させる。Ｎｃｈトランジスタ１０４による励起電流はノードＢの対地寄生容量を放電し、Ｐｃｈトランジスタ１０２、Ｐｃｈトランジスタ１０１をオンさせる。ここで、Ｐｃｈトランジスタ１０１、Ｐｃｈトランジスタ１０２のゲート電位がＮｃｈトランジスタ５０３、Ｐｃｈトランジスタ５０２から構成されるインバータの閾値を下回ると、インバータの出力はローレベルからハイレベルへと反転し、Ｐｃｈトランジスタ５０４は遮断領域動作へ移行し、励起電流の供給が終了する。この時点でＰｃｈトランジスタ１０１と、Ｐｃｈトランジスタ１０２とＮｃｈトランジスタ１０３とＮｃｈトランジスタ１０４には十分な電流が流れており、定電流回路部は確実に定常状態へと移行する。

なお図示はしないが、Ｐｃｈトランジスタ５０２の閾値をＰｃｈトランジスタ１０１およびＰｃｈトランジスタ１０２と同じにし、Ｐｃｈトランジスタ５０２のドレインとＮｃｈトランジスタ５０３のドレインの間に抵抗を挿入することでインバータの閾値を調整し、起動回路部として動作させることができる。

また図示はしないが、Ｐｃｈトランジスタ５０４のドレインとＮｃｈトランジスタ１０３のゲートに抵抗を挿入することで起動時の電流を制限することができる。

以上記載したように、第四の実施形態の定電流回路は、ノードＢが起動状態に到達するまでの期間、ノードＡへの励起電流の供給を継続することによって、起動・零安定を繰り返すことなく、定電流回路を短時間で確実に起動させることが可能となる。

１１０ 定電流回路部
１１１ 起動回路部
１３０ 電源端子
１３１ グラウンド端子
４０８ インバータ
４１０ 定電流回路部
４１１ 起動回路部

Claims (5)

1. ソースが第一の電源に接続された第一のトランジスタと、
   ドレインおよびゲートがそれぞれ前記第一のトランジスタのドレインに接続され、ソースが第二の電源に接続された第二のトランジスタと、
   ソースが前記第一の電源に接続され、ドレインおよびゲートが前記第一のトランジスタのゲートに接続された第三のトランジスタと、
   ソースが第一の抵抗に接続され、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートおよびドレインに接続され、ドレインが前記第三のトランジスタのゲートおよびドレインに接続された第四のトランジスタと、
   一方を前記第四のトランジスタのソースに接続され、もう一方を前記第二の電源に接続された前記第一の抵抗と、を備える定電流回路部と、
   ソースが前記第一の電源に接続され、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートに接続された第五のトランジスタと、
   ソースが前記第二の電源回路に接続され、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートに接続された第六のトランジスタと、
   ゲートが前記第五のトランジスタのドレイン及び前記第六のトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第三のトランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第二の電源回路に接続された第七のトランジスタと、を備える起動回路と、
   を備えることを特徴とする定電流回路。
2. 一方を第一の電源に接続された第一の抵抗と、
   ソースが前記第一の抵抗のもう一方に接続された第一のトランジスタと、
   ドレインおよびゲートがそれぞれ前記第一のトランジスタのドレインに接続され、ソースが第二の電源に接続された第二のトランジスタと、
   ソースが前記第二の電源に接続され、ゲートが前記第二のトランジスタのゲートに接続された第三のトランジスタと、
   ソースが前記第一の電源に接続され、ゲートおよびドレインが前記第一のトランジスタのゲートおよび前記第三のドレインに接続された第四のトランジスタと、を備える定電流回路部と、
   ソースが前記第二の電源に接続され、ゲートが前記第四のトランジスタのゲートに接続された第五のトランジスタと、
   ソースが前記第一の電源に接続され、ゲートが前記第四のトランジスタのゲートに接続された第六のトランジスタと、
   ゲートが前記第五のトランジスタのドレイン及び前記第六のトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第三のトランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第一の電源回路に接続された第七のトランジスタと、を備える起動回路と、
   を備えることを特徴とする定電流回路。
3. 前記第六のトランジスタの閾値の絶対値が低いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電流回路。
4. 前記第五のトランジスタ及び前記第六のトランジスタのドレインの間に第二の抵抗を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電流回路。
5. 前記第七のトランジスタのドレインと前記第三のトランジスタのゲートの間に第三の抵抗を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の定電流回路。

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