JP2016171487A - Drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2値信号に応動して負荷を駆動する駆動回路に係り、特に位相補償用のコンデンサを有する駆動回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit that drives a load in response to a binary signal, and more particularly to a drive circuit having a phase compensation capacitor.
駆動回路は、コントローラ、信号処理回路あるいはロジック回路のように比較的小さな電力で信号を発生する信号発生回路と負荷との間に介在するインタフェース回路であり、信号発生回路に代わって電力の大きな信号を負荷に供給する。一般的に、駆動回路は、1個または複数個の能動素子またはトランジスタを有しており、駆動出力に要求される精度、速度、安定度が高いほど、使用するトランジスタの数も増える傾向がある。 The drive circuit is an interface circuit that is interposed between a load and a signal generation circuit that generates a signal with a relatively small power, such as a controller, a signal processing circuit, or a logic circuit. To the load. Generally, a driving circuit has one or a plurality of active elements or transistors, and the higher the accuracy, speed, and stability required for driving output, the more transistors are used. .
従来から、様々な用途の駆動回路に演算増幅器が用いられている。演算増幅器は、内部が複数段(典型的には差動増幅段、中間増幅段、出力段)に分かれており、各段に1個または複数個のトランジスタを設け、安定動作のために負帰還ループを付ける。かかる構成の演算増幅器は、大きな利得と所望の入出力特性が得られやすい反面、高域の周波数で不所望に発振しやすい性質がある。この発振を防止するためには、位相遅れ180°の周波数で負帰還のゲインを1以下にする必要があり、そのための手段として位相遅れを調整できる位相補償用のコンデンサが用いられている。通常、内蔵型の位相補償コンデンサは、中間増幅段をバイパスして設けられる。 Conventionally, operational amplifiers have been used in drive circuits for various purposes. The operational amplifier is internally divided into multiple stages (typically a differential amplification stage, an intermediate amplification stage, and an output stage). Each stage is provided with one or more transistors, and negative feedback is provided for stable operation. Add a loop. The operational amplifier having such a configuration is easy to obtain a large gain and desired input / output characteristics, but easily oscillates undesirably at a high frequency. In order to prevent this oscillation, the gain of negative feedback needs to be 1 or less at a phase delay of 180 °, and as a means for that purpose, a phase compensation capacitor capable of adjusting the phase delay is used. Usually, the built-in phase compensation capacitor is provided by bypassing the intermediate amplification stage.
たとえばPWM(パルス幅変調)方式の駆動のように周波数の高いパルスまたは2値信号を扱う駆動回路は、動作周波数範囲(ダイナミックレンジ)のほかに出力の立ち上がり速度いわゆるスルーレートが重要であり、スルーレートが十分に高くないと、入力パルスに対する出力パルスの応答速度が不足して、出力パルスの波形にひずみが生じる。この点に関して、位相補償用のコンデンサを内蔵する駆動回路においては、スルーレートがコンデンサの静電容量に反比例し、その容量の値を小さくするほどスルーレートが高くなる反面、位相補償の効き目が弱まって発振やリンギングが発生しやすくなる傾向があり、スルーレートと安定性がトレードオフの関係になっている。 For example, driving circuits that handle high-frequency pulses or binary signals, such as PWM (Pulse Width Modulation) driving, have an important factor in the output rising speed, the so-called slew rate, in addition to the operating frequency range (dynamic range). If the rate is not sufficiently high, the response speed of the output pulse to the input pulse is insufficient, and the waveform of the output pulse is distorted. In this regard, in a drive circuit incorporating a capacitor for phase compensation, the slew rate is inversely proportional to the capacitance of the capacitor, and the slew rate increases as the capacitance value decreases, but the effectiveness of phase compensation decreases. Therefore, oscillation and ringing tend to occur, and the slew rate and stability are in a trade-off relationship.
従来技術において、たとえば特許文献1(図1)の駆動回路は、差動入力の差電圧が所定の閾値を越えた時に位相補償用コンデンサに対して電流を供給する電流供給手段を備える。この電流供給手段は、差動入力の差電圧が閾値を越えた時に導通するスイッチング回路と、このスイッチング回路の導通時に位相補償用コンデンサに対して電流を供給する電流供給回路とを有する。 In the prior art, for example, the drive circuit of Patent Document 1 (FIG. 1) includes current supply means for supplying a current to the phase compensation capacitor when the differential voltage of the differential input exceeds a predetermined threshold. The current supply means includes a switching circuit that is turned on when the differential voltage of the differential input exceeds a threshold value, and a current supply circuit that supplies a current to the phase compensation capacitor when the switching circuit is turned on.
また、特許文献2(図4)の駆動回路は、入力端子と出力端子間に接続されて、負荷に供給する電流の駆動能力を外部から制御可能とする信号増幅回路と、出力端子の電圧に所定の電圧を印加して出力するレベルシフト回路と、信号増幅回路の入力電圧とレベルシフト回路の出力電圧との電位差を検出する電位差検出回路と、この電位差検出回路により検出した電位差に基づいて立ち上がり時または立ち下がり時の応答時間を短縮する制御信号を出力することにより信号増幅回路の出力段の駆動能力を制御する制御回路とを有する。 In addition, the driving circuit of Patent Document 2 (FIG. 4) is connected between an input terminal and an output terminal, and a signal amplifying circuit that can control the driving capability of the current supplied to the load from the outside, and the voltage of the output terminal. A level shift circuit that applies and outputs a predetermined voltage, a potential difference detection circuit that detects a potential difference between the input voltage of the signal amplifier circuit and the output voltage of the level shift circuit, and a rise based on the potential difference detected by the potential difference detection circuit And a control circuit that controls the drive capability of the output stage of the signal amplifier circuit by outputting a control signal that shortens the response time at the time of falling or falling.
特許文献1,2の駆動回路も含めて、従来技術の駆動回路は、スルーレートを改善するための回路構成が煩雑なうえ、PWM駆動のような高速で精細なパルス駆動またはオン・オフ駆動を正確かつ安定に行うことは困難である。
Prior art drive circuits, including the drive circuits of
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するものであり、簡易な回路構成によってパルス駆動またはオン・オフ駆動を高スルーレートで正確かつ安定に行える駆動回路を提供する。 The present invention solves the problems of the prior art, and provides a drive circuit that can perform pulse drive or on / off drive accurately and stably at a high slew rate with a simple circuit configuration.
本発明の第1の観点における駆動回路は、外部からの2値信号を入力し、前記2値信号の論理値が第1の論理値である時は負荷に所定の駆動電圧または駆動電流を供給し、前記2値信号の論理値が第2の論理値である時は前記負荷に対して前記駆動電圧または駆動電流の供給を絶つ駆動回路であって、第1および第2の入力端子を有し、前記第1および第2の入力端子にそれぞれ入力される第1および第2の入力電圧の差に応じた出力電圧を発生する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力電圧を増幅するための第1のトランジスタと、位相補償のために前記第1のトランジスタの制御端子と出力端子との間に接続されるコンデンサと、前記負荷に出力回路を介してまたは直接に接続される第1のノードと、前記第1のトランジスタの出力端子と前記第1のノードとの間に接続される少なくとも1つの線形素子または非線形素子を含む受動素子回路と、前記第1のノードと前記負荷に対して前記出力電圧または出力電流の供給を絶つための基準電位を与える基準電位端子との間に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオン状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオフ状態になる第1のスイッチと、前記受動素子回路と並列に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオフ状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオン状態になる第2のスイッチとを有する。 The driving circuit according to the first aspect of the present invention inputs a binary signal from the outside, and supplies a predetermined driving voltage or driving current to the load when the logical value of the binary signal is the first logical value. When the logic value of the binary signal is a second logic value, the driving circuit cuts off the supply of the driving voltage or driving current to the load, and has first and second input terminals. And an error amplifier for generating an output voltage corresponding to a difference between the first and second input voltages respectively input to the first and second input terminals, and a first amplifier for amplifying the output voltage of the error amplifier. One transistor, a capacitor connected between a control terminal and an output terminal of the first transistor for phase compensation, and a first node connected to the load via an output circuit or directly , Output terminal of the first transistor A passive element circuit including at least one linear element or nonlinear element connected between the first node and the supply of the output voltage or output current to the first node and the load; It is connected between a reference potential terminal for providing a reference potential, and is turned on when the logical value of the binary signal is the second logical value, and the logical value of the binary signal is the first logical value. A first switch that is turned off when the value is a value, and is connected in parallel with the passive element circuit, and is turned off when the logic value of the binary signal is the second logic value; And a second switch that is turned on when the logic value of the value signal is the first logic value.
本発明の第2の観点における駆動回路は、外部からの2値信号を入力し、前記2値信号の論理値が第1の論理値である時は負荷に一定の駆動電流を供給し、前記2値信号の論理値が第2の論理値である時は前記負荷に対して前記駆動電流の供給を絶つ駆動回路であって、所定の基準電圧と前記駆動電流の電流値に比例する電圧を有するフィードバック信号とを入力し、前記基準電圧と前記フィードバック信号の電圧との差に応じた出力電圧を発生する誤差増幅器と、ソース接地増幅回路を構成し、制御端子が前記誤差増幅器の出力端子に接続される第1のMOSFETと、位相補償のために前記第1のMOSFETの制御端子と出力端子との間に接続されるコンデンサと、出力端子が前記負荷に接続される第2導電型の第2のMOSFETと、前記第1のMOSFETの出力端子と前記第2のMOSFETの制御端子との間に接続される少なくとも1つの線形素子または非線形素子を含む受動素子回路と、前記第2のMOSFETの制御端子と前記第2のMOSFETをオフ状態にする所定の基準電位を与える基準電位端子との間に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオン状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオフ状態になる第1のスイッチと、前記受動素子回路と並列に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオフ状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオン状態になる第2のスイッチとを有する。 The driving circuit according to the second aspect of the present invention receives an external binary signal, and supplies a constant driving current to a load when the logical value of the binary signal is the first logical value. When the logical value of the binary signal is the second logical value, the driving circuit cuts off the supply of the driving current to the load, and a voltage proportional to the predetermined reference voltage and the current value of the driving current is obtained. And an error amplifier that generates an output voltage corresponding to a difference between the reference voltage and the feedback signal voltage, and a source grounded amplifier circuit, and a control terminal is connected to the output terminal of the error amplifier. A first MOSFET to be connected; a capacitor connected between the control terminal and the output terminal of the first MOSFET for phase compensation; and a second conductivity type second capacitor having an output terminal connected to the load. 2 MOSFETs and A passive element circuit including at least one linear element or non-linear element connected between an output terminal of the first MOSFET and a control terminal of the second MOSFET; a control terminal of the second MOSFET; 2 is connected to a reference potential terminal for providing a predetermined reference potential for turning off the MOSFET, and is turned on when the logical value of the binary signal is the second logical value. A first switch that is turned off when the logic value of the signal is the first logic value and the passive element circuit are connected in parallel, and the logic value of the binary signal is the second logic value. A second switch that is turned off at a certain time and turned on when a logic value of the binary signal is the first logic value.
本発明の駆動回路においては、2値信号の論理値が第2の論理値になっている期間中に、増幅用の第1のトランジスタ(第1のMOSFET)とオン状態の第1のスイッチを介して受動素子回路の線形素子または非線形素子に一定の電流を流し、受動素子回路に発生する電圧降下を利用して位相補償コンデンサを十分に高い電圧に充電しておく。そして、2値信号の論理値が第2の論理値から第1の論理値に変わると、位相補償コンデンサの充電電圧をオン状態の第2のスイッチを介して出力用の第2のトランジスタ(第2のMOSFET)の制御端子に与えて、出力電流または出力電圧を高速に立ち上げる。 In the driving circuit of the present invention, the first transistor for amplification (first MOSFET) and the first switch in the on state are turned on during the period when the logical value of the binary signal is the second logical value. A constant current is passed through the linear element or the non-linear element of the passive element circuit, and the phase compensation capacitor is charged to a sufficiently high voltage by using a voltage drop generated in the passive element circuit. When the logic value of the binary signal changes from the second logic value to the first logic value, the charging voltage of the phase compensation capacitor is changed to the second transistor for output (second transistor) via the second switch in the ON state. The output current or output voltage is raised at high speed.
上記第2の観点の駆動回路において、好適には、受動素子回路が、ダイオード接続された第2導電型の第4のMOSFETを有する。 In the drive circuit according to the second aspect, the passive element circuit preferably includes a diode-connected second conductivity type fourth MOSFET.
本発明の駆動回路によれば、上記のような構成および作用により、簡易な回路構成によってパルス駆動またはオン・オフ駆動を高スルーレートで正確かつ安定に行うことができる。 According to the drive circuit of the present invention, pulse drive or on / off drive can be accurately and stably performed at a high slew rate with a simple circuit configuration by the configuration and operation as described above.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
[本発明における駆動回路の使用形態]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Usage of Drive Circuit in the Present Invention]
図1に示すように、本発明における駆動回路10は、典型的には、2値信号発生回路12と負荷14との間に介在して使用される。2値信号発生回路12は、たとえばPWM信号、オン・オフ信号、ディジタル信号等のような任意の2値信号CSを所定の電力(通常は比較的小さい電力)で発生する。駆動回路10は、2値信号発生回路12からの2値信号CSを入力し、その2値信号CSに対応した2値レベルまたはパルスの出力を所要の電力で負荷14に供給する。
As shown in FIG. 1, the
ここで、駆動回路10の負荷14に対する駆動様式には定電圧駆動型と定電流駆動型の2種類がある。定電圧駆動型の場合は、2値信号CSがHレベルになっている期間中に駆動回路10より負荷14に一定の電圧レベルを有する駆動電圧DVが供給され、2値信号CSがLレベルになっている期間中は駆動電圧DVの供給が絶たれる。定電流駆動型の場合は、2値信号CSがHレベルになっている期間中に駆動回路10より負荷14に一定の電流値を有する駆動電流DIが供給され、2値信号CSがLレベルになっている期間中は駆動電流DIの供給が絶たれる。2値信号CSの2値論理と駆動出力(DV,DI)の2値論理とを逆にする関係(反転関係)も可能である。
Here, there are two types of driving modes for the
定電流駆動型には、図1の(a)のように駆動回路10から負荷14に駆動電流DIを流し込む方式(ソース型)と、図1の(b)のように電源から負荷14を介して駆動回路10側に駆動電流DIを引き込む方式(シンク型)とがある。たとえば、LED(発光ダイオード)やモータをPWM方式で駆動する場合は、引き込み(シンク)の定電流駆動型が多く用いられている。
In the constant current drive type, as shown in FIG. 1A, the drive current DI is supplied from the
本発明における駆動回路10は、好ましくは集積回路として構築され、2値信号発生回路12から完全に独立していてもよく、あるいは共通の半導体チップ上に2値信号発生回路12と一体的に搭載されてもよい。
[実施形態における駆動回路の構成]
The
[Configuration of Drive Circuit in Embodiment]
図2に、本発明の一実施形態における駆動回路10の回路構成を示す。この駆動回路10は、引き込み(シンク型)の定電流駆動に用いられるCMOS駆動回路として構成されている。この駆動回路10は、主な構成要素として、誤差増幅器20、増幅トランジスタ22、出力トランジスタ24、位相補償用のコンデンサ26、第1および第2のスイッチ28,30および受動素子回路32を有している。この駆動回路10の入力端子10(IN)には、2値信号発生回路12(図1)より上記のような2値信号たとえばPWM信号CSが入力される。この駆動回路10の出力端子10(OUT)は、負荷14を介して正極性の駆動用電源電圧VCCを与える電源端子に接続される。
FIG. 2 shows a circuit configuration of the
誤差増幅器20、増幅トランジスタ22および出力トランジスタ24は、基準電圧源34およびモニタ抵抗36とともに定電流回路38を構成している。
The
より詳細には、出力トランジスタ24は、N型MOSFETからなり、そのドレイン端子(出力端子)がこの駆動回路10の出力端子10(OUT)を介して負荷14に接続されるとともに、ソース端子が電流検出用のモニタ抵抗36を介して負極性の電源電圧端子つまりグランド電位の電源端子に接続されている。出力トランジスタ24のソース端子とモニタ抵抗36との間のノードNMは、誤差増幅器20の正極側入力端子(+)に接続されている。
More specifically, the
モニタ抵抗36の抵抗値をR36とすると、負荷14に電流値IDIの駆動電流DIが流れている時は、VM=R36*IDIで表されるモニタ電圧VMがノードNMに得られる。このモニタ電圧VMは、誤差増幅器20の正極側入力端子(+)に入力される。誤差増幅器20の負極側入力端子(−)には、基準電圧源34より予め設定された一定の電圧レベルを有する基準電圧VSが入力される。
Assuming that the resistance value of the
誤差増幅器20は、たとえば図3に示すような周知構成の差動増幅回路を含んでいる。この差動増幅回路においては、略同じ特性を有する一対のN型MOSFET50,52のそれぞれのソース端子とグランド電位の電源端子との間に定電流源54が共通接続されるとともに、N型MOSFET50,52のそれぞれのドレイン端子と正極性の電源電圧Vddを与える電源端子との間に一対のP型MOSFET56,58からなるカレントミラー回路が接続されている。差動対のN型MOSFET50,52のゲート端子(制御端子)は、正極側入力端子(+)および負極側入力端子(−)にそれぞれ接続されている。出力端子20(OUT)は、P型MOSFET56のドレイン端子とN型MOSFET50のドレイン端子との間のノードNCに接続されている。かかる構成により、誤差増幅器20の出力端子20(OUT)には、両入力電圧VM,VSの差(VM−VS)に応じた出力電圧または誤差電圧VERが得られる。
The
再び図2において、増幅トランジスタ22は、P型MOSFETからなり、電流源40とともにソース接地増幅回路を構成している。より詳細には、増幅トランジスタ22のゲート端子(制御端子)は誤差増幅器20の出力端子に接続され、ソース端子は正極性の電源電圧Vddを与える電源電圧端子に接続され、ドレイン端子(出力端子)は電流源40を介してグランド電位の電源端子に接続されている。増幅トランジスタ22の出力端子と電流源40との間のノードNBは、出力トランジスタ24の制御端子に接続されている。
In FIG. 2 again, the
位相補償用のコンデンサ26は、増幅トランジスタ22の制御端子と出力端子またはノードNAとの間に接続されている。この位相補償コンデンサ26の静電容量(位相補償容量)CCは、可及的に広いダイナミックレンジを確保しつつ発振またはリンギングの発生を確実に防止できるほどの位相余裕が得られる最適な値に選定されてよい。
The
第1のスイッチ28は、PWM信号CSのデューティ比に応じて定電流回路38を間欠的に動作させるために用いられている。後述するように、第1のスイッチ28は、PWM信号CSがHレベルのときはオフ状態になって、定電流回路38をイネーブル(作動)状態に切り替え、PWM信号CSがLレベルのときはオン状態になって、定電流回路38をディセーブル(停止)状態に切り替える。このスイッチ28は、N型MOSFETからなり、そのゲート端子(制御端子)にはインバータ42を介してこの駆動回路10の入力端子10(IN)が接続され、ソース端子はグランド電位の電源端子に接続され、ドレイン端子はノードNBを介して出力トランジスタ24の制御端子に接続されている。
The
受動素子回路32および第2のスイッチ30は、位相補償コンデンサ26による位相補償に影響を及ぼすことなく、この駆動回路10における駆動電流DIの立ち上げ速度またはスルーレートを向上させるために設けられている。一構成例として、受動素子回路32は、上記のノードNA,NB間に接続された1個の抵抗(線形素子)44を有する。第2のスイッチ30も、受動素子回路32と並列にノードNA,NB間に接続されている。第2のスイッチ30は、N型MOSFETからなり、ドレイン端子がノードNAに接続され、ソース端子がノードNBに接続され、ゲート端子(制御端子)がこの駆動回路10の入力端子10(IN)に接続されている。後述するように、第2のスイッチ30は、PWM信号CSがLレベルのときはオフ状態になって、ノードNA,NB間で受動素子回路32に電流が流れるようにし、PWM信号CSがHレベルのときはオン状態になって、ノードNA,NB間を短絡するようになっている。
[実施形態における駆動回路の作用]
The
[Operation of Drive Circuit in Embodiment]
以下、図4を参照して、この駆動回路10の作用を説明する。2値信号発生回路12(図1)より入力端子10(IN)に与えられるPWM信号CSは、一定の周波数と可変のデューティ比でHレベルとLレベルとを交互に繰り返す。
Hereinafter, the operation of the
このPWM信号CSがLレベルになっている期間中は、第1のスイッチ(N型MOSFET)28がオン状態に保持される。第1のスイッチ28がオン状態に保持されることで、ノードNBの電位VNBがグランド電位付近に下がり、出力トランジスタ(N型MOSFET)24はオフ状態になる。出力トランジスタ(N型MOSFET)24がオフしている時は、負荷14に駆動電流DIは流れず、定電流回路38は停止状態となる。この時、ノードNMの電位つまりモニタ電圧VMはグランド電位に等しい。このため、誤差増幅器20の出力端子に得られる誤差電圧VERは最も低い電圧レベルに下がる。これにより、増幅トランジスタ(P型MOSFET)22は飽和領域でオン状態になる。
During the period when the PWM signal CS is at the L level, the first switch (N-type MOSFET) 28 is held in the ON state.
一方、PWM信号CSがLレベルになっている期間中は、第2のスイッチ(N型MOSFET)30がオフ状態に保持される。第2のスイッチ30がオフ状態に保持されることで、増幅トランジスタ(P型MOSFET)22の出力端子またはノードNAは、受動素子回路32の抵抗44を介してノードNBに接続され、ひいてはオン状態の第1のスイッチ28を介してグランド電位の電源端子に接続される。これにより、オン状態の増幅トランジスタ(P型MOSFET)22、受動素子回路32の抵抗44およびオン状態の第1のスイッチ(N型MOSFET)28を通って、電源電圧Vddの電源端子からグランド電位の電源端子に一定の電流が流れる。この電流の電流値をIF、抵抗44の抵抗値をR44とすると、抵抗44における電圧降下V44はV44=R44*IFである。したがって、ノードNAの電位VNAはノードNBの電位VNB(略グランド電位)よりV44だけ高くなる。
On the other hand, during the period in which the PWM signal CS is at the L level, the second switch (N-type MOSFET) 30 is held in the OFF state. By the
別の見方をすると、増幅トランジスタ(P型MOSFET)22は飽和領域でオンしているので、ノードNAの電位VNAは電源電圧Vddに近い値(Vdd−δ)に保持される。 From another viewpoint, since the amplification transistor (P-type MOSFET) 22 is turned on in the saturation region, the potential V NA of the node N A is held at a value close to the power supply voltage V dd (V dd −δ).
こうして、PWM信号CSがLレベルになっている期間中は、ノードNAの電位VNAが電源電圧Vddに近い値(Vdd−δ)(≒R44*IF)に保持され、この電圧(Vdd−δ)(≒R44*IF)によって位相補償コンデンサ26が充電される。
Thus, during the period in which the PWM signal CS is at the L level, the potential V NA of the node N A is held at a value (V dd −δ) (≈R 44 * I F ) close to the power supply voltage V dd. The
PWM信号CSがLレベルからHレベルに変わると(図4の時点ta,tc)、第1のスイッチ(N型MOSFET)28はそれまでのオン状態からオフ状態に切り替わり、第2のスイッチ(N型MOSFET)30はそれまでのオフ状態からオン状態に切り替わる。 When the PWM signal CS changes from the L level to the H level (time points t a and t c in FIG. 4), the first switch (N-type MOSFET) 28 is switched from the previous on state to the off state, and the second switch The (N-type MOSFET) 30 is switched from the previous off state to the on state.
第1のスイッチ28がオフ状態になると、ノードNBがグランド電位の電源端子から電気的に切り離される。一方、第2のスイッチ30がオン状態になることにより、ノードNBは第2のスイッチ30を介してノードNAと短絡し、位相補償コンデンサ26から充電電圧を印加される。これにより、ノードNBの電位VNBは、それまでのグランド電位付近のレベルから一瞬に立ち上がる。この時、位相補償コンデンサ26から放電電流が少し流れて、ノードNAの電位VNAは僅かに下がるが、それでも十分高いHレベルの一定値VHに止まる。このHレベルの電圧VHを制御端子(ゲート端子)に受けて出力トランジスタ(N型MOSFET)24がオンし、定電流回路38による定電流駆動動作が開始(再開)される。
When the
この場合、定電流回路38においては、ノードNBの電位VNBの立ち上がりに応動して、駆動電流DIが高速に立ち上がり、モニタ電圧VMもそれまでのグランド電位から高速に立ち上がる。そうすると、誤差増幅器20の出力電圧つまり誤差電圧VERが上昇して、増幅トランジスタ(P型MOSFET)22の出力電圧つまりノードNA,NBの電位が下がり、出力トランジスタ(N型MOSFET)24のドレイン電流つまり駆動電流DIの増大が抑制される。こうして、誤差増幅器20の両入力電圧が殆ど等しくなるように、つまりモニタ電圧VMが基準電圧VSに等しくなるように、負帰還ループで定電流回路38内の各部、特に誤差増幅器20、増幅トランジスタ22および出力トランジスタ24が動作する。ノードNA(NB)の電位VNA(VNB)は、このような定電流駆動動作の下で不定に変動する(図4の一点鎖線AL,BLはこのことを示している)。
In this case, the constant
このような定電流回路38の定電流駆動動作により、PWM信号CSがHレベルになっている期間中は、VS/R36で近似される一定電流値ISの駆動電流DIが負荷14に供給される。
Due to the constant current driving operation of the constant
PWM信号CSが再びHレベルからLレベルに変わると(図4の時点tb,td)、第1のスイッチ(N型MOSFET)28はそれまでのオフ状態からオン状態に切り替わり、第2のスイッチ(N型MOSFET)30はそれまでのオン状態からオフ状態に切り替わる。これにより、上記と同様に、出力トランジスタ(N型MOSFET)24がオフして定電流回路38が停止する一方で、受動素子回路32の抵抗44に一定の電流が流れ、位相補償コンデンサ26が充電される。
When the PWM signal CS changes from the H level to the L level again (time points t b and t d in FIG. 4), the first switch (N-type MOSFET) 28 is switched from the previous off state to the on state, and the second switch The switch (N-type MOSFET) 30 is switched from the previous on state to the off state. As a result, the output transistor (N-type MOSFET) 24 is turned off and the constant
こうして、PWM信号CSの可変のデューティ比に応じて駆動回路10内で上記のような定電流回路38の動作と停止が交互に繰り返され、負荷14にはPWM信号CSの可変のデューティ比に応じた駆動電流DIが供給される。
Thus, the operation and stop of the constant
この実施形態の駆動回路10においては、上記のように、定電流回路38を停止させている期間中に、受動素子回路32の抵抗44に一定の電流を流して位相補償コンデンサ26を十分に高い電圧(Hレベル)に充電し、定電流回路38の動作を開始する際に位相補償コンデンサ26の充電電圧を出力トランジタ24の制御端子に与えて、出力トランジタ24の出力電流つまり駆動電流DIを高速に立ち上げるようにしている。受動素子回路32は、定電流回路38が動作している間は、定電流回路38の負帰還ループから外れているので、位相補償コンデンサ26の作用(位相補償)に影響を及ぼすことはない。これにより、PWM信号CSのパルス幅が相当小さくても、位相補償コンデンサ26の働きにより発振またはリンギングの発生を防止できるので、ダイナミックレンジと可変デューティ比のレンジを拡げることができる。また、駆動回路10の回路構成が簡便であることも大きな利点である。
[実施形態における比較例]
In the
[Comparative example in the embodiment]
図5に、この実施形態における比較例の構成を示す。この比較例は、上記実施形態における駆動回路10において受動素子回路32および第2のスイッチ30を省いた構成に相当する。したがって、ノードNAとノードNBは、PWM信号CSの論理レベルに関係なく常に短絡されている。
FIG. 5 shows a configuration of a comparative example in this embodiment. This comparative example corresponds to a configuration in which the
この比較例においては、PWM信号CSがLレベルになっている期間中は、第1のスイッチ28がオン状態に保持されることで、ノードNA(NB)の電位VNA(VNB)がグランド電位付近に下がる。したがって、位相補償コンデンサ26は殆ど充電されない。この状態で、PWM信号CSがLレベルからHレベルに変わると、ノードNA(NB)は増幅トランジスタ22の出力電圧の下でグランド電位付近のレベルからHレベルまで立ち上がる。この時、位相補償コンデンサ26より高い電圧(充電電圧)がノードNA(NB)に供給されないのはもちろん、逆にノードNA(NB)の電位VNA(VNB)の立ち上がりが位相補償コンデンサ26を介して増幅トランジスタ(P型MOSFET)22の制御端子(ゲート端子)に回り込み、それによって増幅トランジスタ(P型MOSFET)22の出力電圧の立ち上がり、ひいてはノードNA(NB)の電位VNA(VNB)の立ち上がりが遅くなる。その結果、出力トランジタ24の出力電流つまり駆動電流DIの立ち上がりも遅くなり、駆動電流DIの波形に歪みが生じたり、PWMのデューティ比が小さいときは正常な電流駆動ができなくなる。
In this comparative example, during the period in which the PWM signal CS is at the L level, the potential V NA (V NB ) of the node N A (N B ) is maintained by keeping the
この比較例では、位相補償コンデンサ26の容量を小さくすることで、スルーレートをある程度まで改善することができる。しかし、そうすると、位相補償の効き目が弱まり(位相補償コンデンサ26による位相補償の作用を犠牲にする結果となり)、安定したPWM方式のパルス駆動が期待できなくなる。
[他の実施形態または変形例]
In this comparative example, the slew rate can be improved to some extent by reducing the capacity of the
[Other Embodiments or Modifications]
上述した実施形態における受動素子回路32は、1個の抵抗(線形素子)44を有して構成されている。しかし、複数個の抵抗を直列または並列に接続した回路構成も可能であり、ダイオード等の非線形素子を含む構成であってもよい。
The
特に、受動素子回路32にダイオードを設ける場合は、図7に示すように、出力トランジスタ24を構成するMOSFET(図示の例ではN型MOSFET)と同一または近似する閾値電圧を有するダイオード接続されたMOSFET(N型MOSFET)46を好適に用いることができる。このような閾値電圧の同一性または近似性の要件を適えるには、同一の半導体プロセスを経た同一の半導体ウエハ(更に好ましくはウエハ上の近傍エリア)から切り出された2つのMOSFETデバイスを両者(24,46)に用いるのが好ましい。
In particular, when a diode is provided in the
図7の構成においては、半導体プロセスのばらつきによって、出力トランジスタ(N型MOSFET)24の閾値電圧が高めになっている場合は、受動素子回路32におけるダイオード接続N型MOSFET46の閾値電圧も高めになる。これにより、定電流回路38を停止させている期間中に充電される位相補償コンデンサ26の充電電圧もそのぶん高くなる。これによって、出力トランジスタ(N型MOSFET)24における閾値電圧の増大分(ばらつき)をキャンセルして、出力トランジスタ(N型MOSFET)24を高速にオンさせることが可能であり、駆動電流DIの立ち上げを高速に保つことができる。
In the configuration of FIG. 7, when the threshold voltage of the output transistor (N-type MOSFET) 24 is increased due to variations in the semiconductor process, the threshold voltage of the diode-connected N-
また、上記実施形態における駆動回路10は、CMOS回路で構成され、特に出力トランジタ24がMOSFETで構成されているので、負荷14を流れる駆動電流DIがそのままモニタ抵抗36を流れる。このため、モニタ電圧VMの精度が高く、引き込み定電流駆動の精度が高いという利点がある。もっとも、駆動回路10内の一部または全部のトランジスタをバイポーラ・トランジスタで構成することも可能である。また、第1および第2のスイッチ28,30のいずれか(特に第2のスイッチ30)をトランスミッションゲートで構成することも可能である。電流源40を抵抗に置き換える構成も可能である。また、誤差増幅器20として、図3の構成は一例であり、両入力電圧VS,VMの差に応じた誤差電圧VERを出力できる任意の回路構成を採ることができる。
Further, the
上記実施形態における駆動回路10は引き込みの定電流駆動用に構成されたが、流し込みの定電流駆動用に構成されてもよい。さらに、本発明は、定電圧駆動用の駆動回路にも適用可能であり、図8にその一例を示す。
Although the driving
図8の駆動回路において、誤差増幅器20'、増幅トランジスタ22'、出力トランジスタ24'、位相補償コンデンサ26'、第1および第2のスイッチ28',30'、受動素子回路32'は、上記実施形態の駆動回路(図2)における誤差増幅器20、増幅トランジスタ22、出力トランジスタ24、位相補償コンデンサ26、第1および第2のスイッチ28,30、受動素子回路32とそれぞれ同様の機能を有する。入力抵抗70およびフィードバック抵抗72は、非反転型の駆動回路における増幅率を規定する。
In the drive circuit of FIG. 8, the
この駆動回路においては、PWM信号CSがHレベルのときは、出力トランジスタ24'がオンして、その出力端子(ドレイン端子)に得られる電圧が駆動電圧DVとして負荷14(図1)に印加される。PWM信号CSがLレベルのときは、出力トランジスタ24'がオフして、出力端子(ドレイン端子)の電圧はグランド電位に下がり、駆動電圧DVの供給が絶たれる。 In this drive circuit, when the PWM signal CS is at the H level, the output transistor 24 'is turned on, and the voltage obtained at the output terminal (drain terminal) is applied to the load 14 (FIG. 1) as the drive voltage DV. The When the PWM signal CS is at the L level, the output transistor 24 'is turned off, the voltage of the output terminal (drain terminal) falls to the ground potential, and the supply of the drive voltage DV is cut off.
さらに、本発明における駆動回路の一変形例として、出力トランジスタ24を省いて、増幅トランジスタ22と電流源40との間のノードNBを負荷に直接接続する構成も可能である。
Further, as a modified example of the driving circuit of the present invention, omitting the
10 駆動回路
12 2値信号発生回路
14 負荷
20 誤差増幅器
22 増幅トランジスタ
24 出力トランジスタ
26 位相補償コンデンサ
28 第1のスイッチ
30 第2のスイッチ
32 受動素子回路
34 基準電圧源
36 モニタ抵抗
40 電流源
44 抵抗(線形素子)
46 ダイオード接続MOSFET
DESCRIPTION OF
46 Diode-connected MOSFET
Claims (8)
第1および第2の入力端子を有し、前記第1および第2の入力端子にそれぞれ入力される第1および第2の入力電圧の差に応じた出力電圧を発生する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力電圧を増幅するための第1のトランジスタと、
位相補償のために前記第1のトランジスタの制御端子と出力端子との間に接続されるコンデンサと、
前記負荷に出力回路を介してまたは直接に接続される第1のノードと、
前記第1のトランジスタの出力端子と前記第1のノードとの間に接続される少なくとも1つの線形素子または非線形素子を含む受動素子回路と、
前記第1のノードと前記負荷に対して前記出力電圧または出力電流の供給を絶つための基準電位を与える基準電位端子との間に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオン状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオフ状態になる第1のスイッチと、
前記受動素子回路と並列に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオフ状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオン状態になる第2のスイッチと
を有する駆動回路。 When an external binary signal is input and the logical value of the binary signal is the first logical value, a predetermined driving voltage or driving current is supplied to the load, and the logical value of the binary signal is the second logical value. A drive circuit that cuts off the supply of the drive voltage or drive current to the load when the logic value is
An error amplifier having first and second input terminals and generating an output voltage in accordance with a difference between the first and second input voltages respectively input to the first and second input terminals;
A first transistor for amplifying the output voltage of the error amplifier;
A capacitor connected between a control terminal and an output terminal of the first transistor for phase compensation;
A first node connected to the load via an output circuit or directly;
A passive element circuit including at least one linear element or nonlinear element connected between the output terminal of the first transistor and the first node;
The second node is connected between the first node and a reference potential terminal for providing a reference potential for cutting off the supply of the output voltage or output current to the load, and the logical value of the binary signal is the second logic. A first switch that is on when it is a value, and that is off when the logic value of the binary signal is the first logic value;
When connected in parallel with the passive element circuit, when the logical value of the binary signal is the second logical value, it is turned off, and when the logical value of the binary signal is the first logical value And a second switch that is turned on.
所定の基準電圧と前記駆動電流の電流値に比例する電圧を有するフィードバック信号とを入力し、前記基準電圧と前記フィードバック信号の電圧との差に応じた出力電圧を発生する誤差増幅器と、
ソース接地増幅回路を構成し、制御端子が前記誤差増幅器の出力端子に接続される第1のMOSFETと、
位相補償のために前記第1のMOSFETの制御端子と出力端子との間に接続されるコンデンサと、
出力端子が前記負荷に接続される第2導電型の第2のMOSFETと、
前記第1のMOSFETの出力端子と前記第2のMOSFETの制御端子との間に接続される少なくとも1つの線形素子または非線形素子を含む受動素子回路と、
前記第2のMOSFETの制御端子と前記第2のMOSFETをオフ状態にする所定の基準電位を与える基準電位端子との間に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオン状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオフ状態になる第1のスイッチと、
前記受動素子回路と並列に接続され、前記2値信号の論理値が前記第2の論理値である時はオフ状態になり、前記2値信号の論理値が前記第1の論理値である時はオン状態になる第2のスイッチと
を有する駆動回路。 When a binary signal from the outside is input and the logic value of the binary signal is the first logic value, a constant driving current is supplied to the load, and the logic value of the binary signal is the second logic value. Is a drive circuit that cuts off the supply of the drive current to the load,
An error amplifier that inputs a feedback signal having a predetermined reference voltage and a voltage proportional to the current value of the drive current, and generates an output voltage according to the difference between the reference voltage and the voltage of the feedback signal;
A first MOSFET that constitutes a grounded source amplifier circuit, the control terminal of which is connected to the output terminal of the error amplifier;
A capacitor connected between a control terminal and an output terminal of the first MOSFET for phase compensation;
A second MOSFET of a second conductivity type whose output terminal is connected to the load;
A passive element circuit including at least one linear element or non-linear element connected between the output terminal of the first MOSFET and the control terminal of the second MOSFET;
The second MOSFET is connected between a control terminal of the second MOSFET and a reference potential terminal for providing a predetermined reference potential for turning off the second MOSFET, and the logical value of the binary signal is the second logical value. A first switch that is turned on at one time and turned off when the logic value of the binary signal is the first logic value;
When connected in parallel with the passive element circuit, when the logical value of the binary signal is the second logical value, it is turned off, and when the logical value of the binary signal is the first logical value And a second switch that is turned on.
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