JP2012164078A - ボルテージレギュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誤差増幅回路のカレント・ミラー部のMOSトランジスタ、もしくは入力段のMOSトランジスタのバックゲートに、リップル除去率改善回路の出力を接続する。こうすることで、電源端子もしくはグランド端子のリップルと出力端子のリップルが相殺されて、リップル除去率を改善することができる。
【選択図】図2
Description
抵抗108と109は、出力端子121の電圧である出力電圧Voutを分圧し、分圧電圧Vfbを出力する。差動増幅回路102は基準電圧回路101の出力電圧Vrefと分圧電圧Vfbとを比較し、出力電圧Voutが一定になるよう出力トランジスタ106のゲート電圧を制御する。出力電圧Voutが所定電圧よりも高いと、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなる。そして差動増幅回路102の出力信号(出力トランジスタ106のゲート電圧)が高くなり、出力トランジスタ106はオフしていき、出力電圧Voutは低くなる。こうして、出力電圧Voutを一定になるように制御する。また、出力電圧Voutが所定電圧よりも低いと、上記と逆の動作をして、出力電圧Voutは高くなる。こうして、出力電圧Voutが一定になるように制御する。
NMOSトランジスタ211、212は誤差増幅回路102の入力段トランジスタとして動作する。電源端子150にリップルが生じるとき、リップル除去率改善回路303は電源端子150に現れるリップルを検出して入力段トランジスタであるNMOSトランジスタ211のバックゲートに入力する。動作概念としては、誤差増幅回路の入力段トランジスタの基板バイアスを電源端子150の電圧に応じて制御し、低周波数領域から中周波数領域の約10KHz近辺まで、出力端子121の電圧と電源端子150の電圧の変動を打ち消し合うように働く。図4では、入力段トランジスタはNMOSであり、グラウンド端子100の電圧に対して基板電圧が上がれば、見かけ上、しきい値電圧が低くなる。電源端子150の電圧が交流的に増加する時に、抵抗301と容量302によって、NMOSトランジスタ211の基板バイアスは上昇する。基板効果でNMOSトランジスタ211のしきい値電圧が低下し、NMOSトランジスタ211を流れる電流が増加する。これによって、NMOSトランジスタ211のドレイン電圧が上昇する事になる。これは、PMOSトランジスタ213のトレイン電圧でもある。PMOSトランジスタ213と214はカレント・ミラー構成になっているため、両トランジスタのドレイン電流が同じになるように、誤差増幅回路の出力電圧も上昇する。この結果、誤差増幅回路の出力電圧は、電源端子150の電圧に追従して上昇又は降下する。抵抗301と容量302を調整する事で、電源端子150の電圧に対する基板バイアスの変動の傾きが変化し、電源端子150の電圧の増加に伴うレギュレータの出力端子121の電圧の増加をちょうど打ち消し合うように、抵抗301と容量302の値を合わせればいい。こうして、出力端子121に現れるリップルを電源端子150に現れるリップルで相殺し、リップル除去率を改善することができる。リップル除去率改善回路303の出力はフィードバック回路のインピーダンスの影響を受けないため、出力電圧ごとにトリミングをすることなくリップル除去率を改善できる。また、リップル除去率改善回路303には電流が流れるパスがないため低消費電力化を実現することができる。
PMOSトランジスタ411、412は誤差増幅回路102の入力段トランジスタとして動作する。PMOSトランジスタ411のソースにリップルが生じるとき、リップル除去率改善回路403はPMOSトランジスタ411のソースに現れるリップルを検出して入力段トランジスタであるPMOSトランジスタ411のバックゲートに入力する。動作概念としては、誤差増幅回路の入力段トランジスタの基板バイアスを電源端子150の電圧に応じて制御し、低周波数領域から中周波数領域の約10KHz近辺まで、出力端子121の電圧と電源端子150の電圧の変動を打ち消し合うように働く。図6では、入力段トランジスタはPMOSであり、電源端子150の電圧に対して基板電圧が上がれば、見かけ上、しきい値電圧が高くなる。電源端子150の電圧が交流的に増加する時に、容量402によって、抵抗401で電源端子150の電圧よりも低い電位(NMOSトランジスタ411のトレイン電圧)に固定されていた基板バイアスが電源端子150に向かって上昇する。PMOSトランジスタ411の基板バイアスは上昇することになる。基板効果でPMOSトランジスタ411のしきい値電圧が上昇し、PMOSトランジスタ411を流れる電流が減少する。これによって、NMOSトランジスタ413のドレイン電圧が低下する事になる。NMOSトランジスタ413と414はカレント・ミラー構成になっているため、両トランジスタのドレイン電流が同じになるように、誤差増幅回路の出力電圧も低下する。この結果、誤差増幅回路の出力電圧は、電源端子150の電圧に逆方向で追従して上昇又は降下する。容量402と抵抗401を調整する事で、電源端子150の電圧に対する基板バイアスの変動の傾きが変化し、電源端子150の電圧の増加に伴うレギュレータの出力端子121の電圧の増加をちょうど打ち消し合うように、容量202と抵抗203の値を合わせればいい。こうして、出力端子121に現れるリップルをPMOSトランジスタ411のソースに現れるリップルで相殺し、リップル除去率を改善することができる。リップル除去率改善回路403の出力はフィードバック回路のインピーダンスの影響を受けないため、出力電圧ごとにトリミングをすることなくリップル除去率を改善できる。また、リップル除去率改善回路403には電流が流れるパスがないため低消費電力化を実現することができる。
NMOSトランジスタ413、414は誤差増幅回路102のカレント・ミラー部のトランジスタとして動作する。グラウンド端子100にリップルが生じるとき、リップル除去率改善回路503はグラウンド端子100に現れるリップルを検出してカレント・ミラー部のトランジスタであるNMOSトランジスタ414のバックゲートに入力する。動作概念としては、誤差増幅回路のカレント・ミラー部のトランジスタの基板バイアスを電源端子150の電圧に応じて制御し、低周波数領域から中周波数領域の約10KHz近辺まで、出力端子121の電圧と電源端子150の電圧の変動を打ち消し合うように働く。図5では、カレント・ミラー部のトランジスタはNMOSであり、グラウンド端子100の電圧に対して基板電圧が上がれば、見かけ上、しきい値電圧が低くなる。電源端子150の電圧が交流的に増加する時に、容量502によって、抵抗501でグラウンド端子100に固定されていた基板バイアスが電源端子150に向かって上昇する。NMOSトランジスタ414の基板バイアスは上昇することになる。基板効果でNMOSトランジスタ414のしきい値電圧が低下する。PMOSトランジスタ414のゲート端子は一定電圧源(基準電圧)と接続し、一定の電流がしか流れていない。NMOSトランジスタ414のしきい値が低下する、ON抵抗が小さくなり、誤差増幅回路の出力電圧も低下する。この結果、誤差増幅回路の出力電圧は、電源端子150の電圧に逆方向で追従して上昇又は降下する。容量502と抵抗501を調整する事で、グラウンド端子100の電圧に対する基板バイアスの変動の傾きが変化し、電源端子150の電圧の増加に伴うレギュレータの出力端子121の電圧の増加をちょうど打ち消し合うように、容量502と抵抗501の値を合わせればいい。こうして、出力端子121に現れるリップルをグラウンド端子100に現れるリップルで相殺し、リップル除去率を改善することができる。リップル除去率改善回路503の出力はフィードバック回路のインピーダンスの影響を受けないため、出力電圧ごとにトリミングをすることなくリップル除去率を改善できる。また、リップル除去率改善回路503には電流が流れるパスがないため低消費電力化を実現することができる。
101、601 基準電圧回路
102、602 差動増幅回路
216、217、416、417 バイアス回路
121 出力端子
150 電源端子
203、303、403、503、610 リップル除去率改善回路
221、421 差動増幅回路の反転入力端子
222、422 差動増幅回路の非反転入力端子
223、423 差動増幅回路の出力端子
603 出力回路
604 出力分圧回路
Claims (4)
- 出力トランジスタが出力する電圧を分圧した分圧電圧と基準電圧の差を増幅して出力し、前記出力トランジスタのゲートを制御する誤差増幅回路を備えたボルテージレギュレータであって、
前記誤差増幅回路は、
前記誤差増幅回路を構成するMOSトランジスタのバックゲートにリップル除去率改善回路を備えた事を特徴とするボルテージレギュレータ。 - 前記リップル除去率改善回路は、
抵抗と容量で構成され、
前記抵抗と前記容量の接続点が前記MOSトランジスタのバックゲートに接続される事を特徴とする請求項1記載のボルテージレギュレータ。 - 前記MOSトランジスタは、
カレント・ミラー部を構成するMOSトランジスタである事を特徴とする請求項2記載のボルテージレギュレータ。 - 前記MOSトランジスタは、
入力段トランジスタを構成するMOSトランジスタである事を特徴とする請求項2記載のボルテージレギュレータ。
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