JP2021103860A - Voltage detection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧検出回路に関する。 The present invention relates to a voltage detection circuit.
一般的なヒステリシス機能付きの電圧検出回路100を図9に示す。電圧検出回路100は、コンパレータ101と、定電流源102と、基準電圧源103と、分圧抵抗である抵抗R101〜R105と、インバータINVaと、インバータINVbと、トランジスタM101と、を有している。
FIG. 9 shows a
コンパレータ101の反転入力端(−)には、検出対象電圧INを抵抗R101,R102により分圧して得られる比較対象電圧Vaが印加される。
A comparison target voltage Va obtained by dividing the detection target voltage IN by the resistors R101 and R102 is applied to the inverting input terminal (−) of the
基準電圧源103は、バンドギャップリファレンスにより構成され、安定した直流電圧である基準電圧VBGを生成する。抵抗R103〜R105は、直列に接続され、抵抗R103〜R105による直列回路に対して基準電圧VBGが印加される。具体的には、抵抗R103の一端には、基準電圧VBGが印加される。抵抗R103の他端には、抵抗R104の一端が接続される。抵抗R104の他端には、抵抗R105の一端が接続される。抵抗R105の他端には、グランド電位の印加端が接続される。
The
抵抗R103と抵抗R104とが接続されるノードNd101は、コンパレータ101の非反転入力端(+)に接続される。これにより、コンパレータ101の非反転入力端(+)には、基準電圧VBGを抵抗R103〜R105により分圧して得られる基準電圧VREFが印加される。
The node Nd101 to which the resistor R103 and the resistor R104 are connected is connected to the non-inverting input end (+) of the
コンパレータ101は、比較対象電圧Vaと基準電圧VREFを比較し、比較対象電圧Vaと基準電圧VREFの大小関係に応じたレベルの信号CMPを出力する。比較対象電圧Vaが基準電圧VREFよりも高い場合、信号CMPはローレベルとなり、比較対象電圧Vaが基準電圧VREFよりも低い場合、信号CMPはハイレベルとなる。
The
コンパレータ101の出力端は、インバータINVaの入力端に接続される。インバータINVaの出力端は、インバータINVbの入力端に接続される。これにより、コンパレータ101の出力する信号CMPがハイレベルである場合、インバータINVaの出力はローレベルとなり、インバータINVbの出力(電圧検出回路100の出力信号OUT)はハイレベルとなる。コンパレータ101の出力する信号CMPがローレベルである場合、インバータINVaの出力はハイレベルとなり、インバータINVbの出力(電圧検出回路100の出力信号OUT)はローレベルとなる。
The output end of the
トランジスタM101は、NMOSトランジスタ(NチャネルMOSFET)により構成され、抵抗R105に並列接続される。トランジスタM101は、抵抗R105の両端間を開放または短絡するスイッチである。トランジスタM101のドレインは、抵抗R104,R105間のノードに接続され、トランジスタM101のソースは、グランド電位の印加端に接続される。トランジスタM101のゲートは、インバータINVAaの出力端とインバータINVbとが接続されるノードNdaに接続される。 The transistor M101 is composed of an NMOS transistor (N-channel MOSFET) and is connected in parallel to the resistor R105. The transistor M101 is a switch that opens or short-circuits between both ends of the resistor R105. The drain of the transistor M101 is connected to the node between the resistors R104 and R105, and the source of the transistor M101 is connected to the application end of the ground potential. The gate of the transistor M101 is connected to the node Nda to which the output end of the inverter INVAa and the inverter INVb are connected.
ノードNdaの信号がローレベルの場合、トランジスタM101がオフとなることで抵抗R105の両端間は開放される。この場合、基準電圧VREF=VREF1=VBG×(R104+R105)/(R103+R104+R105)となる。ノードNdaの信号がハイレベルの場合、トランジスタM101がオンとなることで抵抗R105の両端間は短絡される。この場合、基準電圧VREF=VREF2=VBG×R104/(R103+R104)となる。従って、VREF1>VREF2が成立する。このように、抵抗R103〜R105は、基準電圧VBGを分圧することで基準電圧VREFを生成するが、その分圧における比は、ノードNdaでの信号(すなわち信号CMP)に応じて変化し、これによってコンパレータCMPにヒステリシスが付与されることになる。 When the signal of the node Nda is low level, the transistor M101 is turned off to open the space between both ends of the resistor R105. In this case, the reference voltage VREF = VREF1 = VBG × (R104 + R105) / (R103 + R104 + R105). When the signal of the node Nda is high level, the transistor M101 is turned on, so that both ends of the resistor R105 are short-circuited. In this case, the reference voltage VREF = VREF2 = VBG × R104 / (R103 + R104). Therefore, VREF1> VREF2 is established. In this way, the resistors R103 to R105 generate the reference voltage VREF by dividing the reference voltage VBG, and the ratio at the divided voltage changes according to the signal (that is, the signal CMP) at the node Nda. Will give hysteresis to the comparator CMP.
しかしながら、上記の電圧検出回路100においては、複数のトランジスタ等で構成されるコンパレータ101や、コンパレータ101を駆動する定電流源102が必要であり、さらに、基準電圧VREFを生成するために基準電圧源103や分圧用の抵抗R103,R104が必要であった。これにより、回路面積の増加や消費電流の増加といった問題点が生じていた。
However, the
上記状況に鑑み、本発明は、回路面積および消費電流の低減を可能とする電圧検出回路を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a voltage detection circuit capable of reducing the circuit area and the current consumption.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電圧検出回路は、電源電圧の印加端とグランド電位の印加端との間において直列に接続される第1トランジスタと第2トランジスタを含むインバータを有し、前記第1トランジスタは、入力電圧を印加されるゲートを有するエンハンスメント型MOSトランジスタであり、前記第2トランジスタは、自身のゲートとソースとが接続されるデプレッション型MOSトランジスタである構成としている(第1の構成)。 In order to achieve the above object, the voltage detection circuit according to one aspect of the present invention includes an inverter including a first transistor and a second transistor connected in series between an application end of a power supply voltage and an application end of a ground potential. The first transistor is an enhancement type MOS transistor having a gate to which an input voltage is applied, and the second transistor is a depletion type MOS transistor in which its own gate and source are connected. (First configuration).
また、上記第1の構成において、前記第2トランジスタは、前記電源電圧の印加端と接続されるドレインを有するデプレッション型NMOSトランジスタであり、前記第1トランジスタは、前記第2トランジスタのソースと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するエンハンスメント型NMOSトランジスタである構成としてもよい(第2の構成)。 Further, in the first configuration, the second transistor is a depletion type NMOS transistor having a drain connected to the application end of the power supply voltage, and the first transistor is connected to the source of the second transistor. The configuration may be an enhancement type NMOS transistor having a drain and a source connected to the application end of the ground potential (second configuration).
また、上記第1の構成において、前記第2トランジスタは、前記電源電圧の印加端と接続されるソースを有するデプレッション型PMOSトランジスタであり、前記第1トランジスタは、前記第2トランジスタのドレインと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するエンハンスメント型NMOSトランジスタである構成としてもよい(第3の構成)。 Further, in the first configuration, the second transistor is a depletion type epitaxial transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage, and the first transistor is connected to the drain of the second transistor. The configuration may be an enhancement type NMOS transistor having a drain and a source connected to the application end of the ground potential (third configuration).
また、上記第1の構成において、前記第1トランジスタは、前記電源電圧の印加端と接続されるソースを有するエンハンスメント型PMOSトランジスタであり、前記第2トランジスタは、前記第1トランジスタのドレインと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するデプレッション型NMOSトランジスタである構成としてもよい(第4の構成)。 Further, in the first configuration, the first transistor is an enhancement type MIMO transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage, and the second transistor is connected to the drain of the first transistor. The configuration may be a depletion type NMOS transistor having a drain and a source connected to the application end of the ground potential (fourth configuration).
また、上記第1の構成において、前記第1トランジスタは、前記電源電圧の印加端と接続されるソースを有するエンハンスメント型PMOSトランジスタであり、前記第2トランジスタは、前記第1トランジスタのドレインと接続されるソースと、前記グランド電位の印加端と接続されるドレインと、を有するデプレッション型PMOSトランジスタである構成としてもよい(第5の構成)。 Further, in the first configuration, the first transistor is an enhancement type MIMO transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage, and the second transistor is connected to the drain of the first transistor. The configuration may be a depletion type MIMO transistor having a source and a drain connected to the application end of the ground potential (fifth configuration).
また、上記第1から第5のいずれかの構成において、前記インバータの後段に、前記インバータと同じ構成のインバータが少なくとも1段接続されることで形成される前記インバータの複数段構成を有する構成としてもよい(第6の構成)。 Further, in any of the first to fifth configurations, the configuration has a plurality of stages of the inverter formed by connecting at least one stage of an inverter having the same configuration as the inverter to the subsequent stage of the inverter. It may be (sixth configuration).
また、上記第6の構成において、前記複数段構成の後段に配置されるインバータをさらに有する構成としてもよい(第7の構成)。 Further, in the sixth configuration, an inverter arranged after the plurality of stages may be further provided (seventh configuration).
また、上記第1から第7のいずれかの構成において、検出対象電圧を分圧して前記入力電圧を生成する際の分圧比を前記インバータの出力に応じて変化させることで、ヒステリシスが付与されている構成としてもよい(第8の構成)。 Further, in any of the first to seventh configurations, hysteresis is imparted by changing the voltage division ratio when the detection target voltage is divided to generate the input voltage according to the output of the inverter. It may be the configuration (eighth configuration).
また、上記第8の構成において、前記検出対象電圧が印加されて前記入力電圧を生成する抵抗分圧回路と、前記抵抗分圧回路に含まれる抵抗の両端間の開放・短絡を前記インバータの出力に応じて切り替えるスイッチと、を有する構成としてもよい(第9の構成)。 Further, in the eighth configuration, the output of the inverter opens / short-circuits between the resistance voltage divider circuit to which the detection target voltage is applied to generate the input voltage and the resistors included in the resistance voltage divider circuit. The configuration may include a switch that switches according to the above (ninth configuration).
また、本発明の別態様は、上記いずれかの電圧検出回路を半導体集積回路にて形成した半導体装置である。 Further, another aspect of the present invention is a semiconductor device in which any of the above voltage detection circuits is formed by a semiconductor integrated circuit.
本発明の電圧検出回路によれば、回路面積および消費電流の低減が可能となる。 According to the voltage detection circuit of the present invention, the circuit area and the current consumption can be reduced.
以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。 An exemplary embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る電圧検出回路10の構成を示す回路図である。図1に示すように、電圧検出回路10は、第1インバータIVN1と、第2インバータINV2と、第3インバータINV3と、分圧抵抗としての抵抗R1〜R3と、トランジスタM3と、を有している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the
第1インバータINV1は、デプレッション型NMOSトランジスタM1と、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2と、を有する。デプレッション型NMOSトランジスタM1と、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2は、電源電圧VDDとグランド電位との間において直列に接続される。具体的には、デプレッション型NMOSトランジスタM1のドレインは、電源電圧VDDの印加端に接続される。デプレッション型NMOSトランジスタM1のソースは、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のドレインとノードNd11にて接続される。エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のソースは、グランド電位の印加端に接続される。また、デプレッション型NMOSトランジスタM1のゲートは、デプレッション型NMOSトランジスタM1のソースとノードNd11にて接続される。 The first inverter INV1 includes a depletion type NMOS transistor M1 and an enhancement type NMOS transistor M2. The depletion type NMOS transistor M1 and the enhancement type NMOS transistor M2 are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground potential. Specifically, the drain of the depletion type NMOS transistor M1 is connected to the application end of the power supply voltage VDD. The source of the depletion type NMOS transistor M1 is connected to the drain of the enhancement type MOSFET transistor M2 at the node Nd11. The source of the enhancement type NMOS transistor M2 is connected to the application end of the ground potential. Further, the gate of the depletion type MOSFET transistor M1 is connected to the source of the depletion type MOSFET transistor M1 at the node Nd11.
抵抗R1〜R3は、直列に接続され、抵抗R1〜R3による直列回路に対して検出対象電圧INが印加される。具体的には、抵抗R1の一端には、検出対象電圧INが印加される。抵抗R1の他端には、抵抗R2の一端が接続される。抵抗R2の他端には、抵抗R3の一端が接続される。抵抗R3の他端には、グランド電位の印加端が接続される。抵抗R1〜R3による直列回路により抵抗分圧回路10Aが形成される。
The resistors R1 to R3 are connected in series, and the detection target voltage IN is applied to the series circuit by the resistors R1 to R3. Specifically, the detection target voltage IN is applied to one end of the resistor R1. One end of the resistor R2 is connected to the other end of the resistor R1. One end of the resistor R3 is connected to the other end of the resistor R2. An application end of the ground potential is connected to the other end of the resistor R3. The resistance
抵抗R1と抵抗R2とが接続されるノードNd12は、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のゲートに接続される。これにより、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のゲートには、検出対象電圧INを抵抗R1〜R3により分圧して得られる入力電圧VAが印加される。入力電圧VAは、第1インバータINV1に入力される電圧となる。 The node Nd12 to which the resistor R1 and the resistor R2 are connected is connected to the gate of the enhancement type NMOS transistor M2. As a result, the input voltage VA obtained by dividing the detection target voltage IN by the resistors R1 to R3 is applied to the gate of the enhancement type NMOS transistor M2. The input voltage VA is the voltage input to the first inverter INV1.
第2インバータINV2および第3インバータINV3は、それぞれPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETによるCMOS構成により構成される。 The second inverter INV2 and the third inverter INV3 are configured by a CMOS configuration consisting of a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET, respectively.
第2インバータINV2の入力端は、ノードNd11に接続される。第1インバータINV1の出力電圧VBは、ノードNd11に生成されるので、第2インバータINV2に出力電圧VBが入力される。第3インバータINV3の入力端は、第2インバータINV2の出力端に接続される。第3インバータINV3の出力端に生成される電圧は、電圧検出回路10の出力信号OUTとなる。
The input end of the second inverter INV2 is connected to the node Nd11. Since the output voltage VB of the first inverter INV1 is generated at the node Nd11, the output voltage VB is input to the second inverter INV2. The input end of the third inverter INV3 is connected to the output end of the second inverter INV2. The voltage generated at the output end of the third inverter INV3 becomes the output signal OUT of the
トランジスタM3は、NMOSトランジスタにより構成され、抵抗R3に並列接続される。トランジスタM3は、抵抗R3の両端間を開放または短絡するスイッチである。トランジスタM3のドレインは、抵抗R2,R3間のノードに接続され、トランジスタM3のソースは、グランド電位の印加端に接続される。トランジスタM3のゲートは、第3インバータINV3の出力端に接続される。 The transistor M3 is composed of an NMOS transistor and is connected in parallel to the resistor R3. The transistor M3 is a switch that opens or short-circuits between both ends of the resistor R3. The drain of the transistor M3 is connected to the node between the resistors R2 and R3, and the source of the transistor M3 is connected to the application end of the ground potential. The gate of the transistor M3 is connected to the output end of the third inverter INV3.
ここで、第1インバータINV1の閾値電圧Vrefについて述べる。デプレッション型NMOSトランジスタM1は、飽和領域で使用する場合、定電流源となる。この場合のデプレッション型NMOSトランジスタM1に流れる電流をI1とすれば、I1は下記(1)式で表される。
I1=(1/2)・μn1・Cox・(W1/L1)・(VGS1−Vth1)2 (1)
ただし、μn1:デプレッション型NMOSトランジスタM1のキャリア移動度
Cox:単位面積当たりのゲート容量
VGS1:デプレッション型NMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧
Vth1:デプレッション型NMOSトランジスタM1の閾値電圧
W1:デプレッション型NMOSトランジスタM1のゲート幅
L1:デプレッション型NMOSトランジスタM1のゲート長
Here, the threshold voltage Vref of the first inverter INV1 will be described. The depletion type NMOS transistor M1 serves as a constant current source when used in the saturation region. Assuming that the current flowing through the depletion type NMOS transistor M1 in this case is I1, I1 is represented by the following equation (1).
I1 = (1/2) · μ n1 · C ox · (W1 / L1) · (V GS1 -Vth1) 2 (1)
However, μ n1 : carrier mobility of the depletion type NMOS transistor M1.
Cox : Gate capacity per unit area
V GS1 : Gate-source voltage of depletion type NMOS transistor M1
Vth1: Threshold voltage of depletion type NMOS transistor M1
W1: Gate width of depletion type NMOS transistor M1
L1: Gate length of depletion type NMOS transistor M1
ここで、VGS1=0Vであるので上記(1)式は、下記(2)式となる。
I1=(1/2)・μn1・Cox・(W1/L1)・(Vth1)2 (2)
Here, since VGS1 = 0V, the above equation (1) becomes the following equation (2).
I1 = (1/2) · μ n1 · Cox · (W1 / L1) · (Vth1) 2 (2)
また、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2を飽和領域で使用する場合、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2を流れる電流をI2とすれば、I2は下記(3)式で表される。
I2=(1/2)・μn2・Cox・(W2/L2)・(VGS2−Vth2)2 (3)
ただし、μn2:エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のキャリア移動度
VGS2:エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のゲート・ソース間電圧
Vth2:エンハンスメント型NMOSトランジスタM2の閾値電圧
W2:エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のゲート幅
L2:エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のゲート長
Further, when the enhancement type MOSFET transistor M2 is used in the saturation region, if the current flowing through the enhancement type MOSFET transistor M2 is I2, I2 is represented by the following equation (3).
I2 = (1/2) · μ n2 · C ox · (W2 / L2) · (V GS2 -Vth2) 2 (3)
However, μ n2 : Carrier mobility of the enhancement type NMOS transistor M2
VGS2 : Gate-source voltage of enhancement type NMOS transistor M2
Vth2: Threshold voltage of enhancement type NMOS transistor M2
W2: Gate width of enhancement type NMOS transistor M2
L2: Gate length of enhancement type NMOS transistor M2
そして、I1=I2、VGS2=Vrefであるから、下記(4)式が成り立つ。
Vref=Vth2+|Vth1|・√μn1・(W1/L1)/(μn2・(W2/L2)) (4)
Then, since I1 = I2 and VGS2 = Vref, the following equation (4) holds.
Vref = Vth2 + | Vth1 | ・ √μ n1・ (W1 / L1) / (μ n2・ (W2 / L2)) (4)
上記(4)式より、第1インバータINV1の閾値電圧Vrefは、電源電圧VDDに依存しない安定した電圧となる。また、Vth1は正の温度特性を有し、Vth2は負の温度特性を有するので、W1,L1,W2,L2を調整することで、閾値電圧Vrefの温度による変動を抑制することも可能となる。 From the above equation (4), the threshold voltage Vref of the first inverter INV1 is a stable voltage that does not depend on the power supply voltage VDD. Further, since Vth1 has a positive temperature characteristic and Vth2 has a negative temperature characteristic, it is possible to suppress the fluctuation of the threshold voltage Vref due to the temperature by adjusting W1, L1, W2, and L2. ..
入力電圧VA<閾値電圧Vrefの場合、出力電圧VBはハイレベルとなり、入力電圧VA>閾値電圧Vrefの場合、出力電圧VBはローレベルとなる。 When the input voltage VA <threshold voltage Vref, the output voltage VB becomes a high level, and when the input voltage VA> the threshold voltage Vref, the output voltage VB becomes a low level.
次に、電圧検出回路10の動作について説明する。図2は、検出対象電圧INに対する出力信号OUTの挙動を示す図である。ここで、第2インバータINV2の閾値電圧は、入力電圧VA=Vrefである場合の出力電圧VBの値と同じであるとする。
Next, the operation of the
まず、検出対象電圧INが0Vであるとき、入力電圧VA=0Vとなり、入力電圧VA<Vrefであるので、出力電圧VBはハイレベルとなる。従って、出力信号OUTはハイレベルとなり、トランジスタM3はオンとなり、抵抗R3の両端間は短絡される。これにより、出力電圧VAは、検出対象電圧INを抵抗R1,R2により分圧した電圧となる。 First, when the detection target voltage IN is 0V, the input voltage VA = 0V and the input voltage VA <Vref, so that the output voltage VB becomes a high level. Therefore, the output signal OUT becomes high level, the transistor M3 is turned on, and both ends of the resistor R3 are short-circuited. As a result, the output voltage VA becomes a voltage obtained by dividing the detection target voltage IN by the resistors R1 and R2.
そして、検出対象電圧INが0Vから上昇するにつれ、出力電圧VAが上昇する。出力電圧VAが閾値電圧Vrefを上回ると、出力電圧VBはローレベルとなる。これにより、第2インバータINV2の出力はハイレベルとなり、第3インバータINV3の出力である出力信号OUTはローレベルとなる。このときの検出対象電圧INを閾値電圧VDET1(図2)とすれば、
VDET1=Vref・(R1+R2)/R2
となる。
Then, as the detection target voltage IN rises from 0V, the output voltage VA rises. When the output voltage VA exceeds the threshold voltage Vref, the output voltage VB becomes a low level. As a result, the output of the second inverter INV2 becomes high level, and the output signal OUT, which is the output of the third inverter INV3, becomes low level. If the detection target voltage IN at this time is the threshold voltage VDET1 (FIG. 2),
VDET1 = Vref ・ (R1 + R2) / R2
Will be.
このとき、トランジスタM3はオフとなり、抵抗R3の両端間は開放される。従って、入力電圧VAは、検出対象電圧INを抵抗R1〜R3により分圧した電圧となる。 At this time, the transistor M3 is turned off, and both ends of the resistor R3 are opened. Therefore, the input voltage VA is a voltage obtained by dividing the detection target voltage IN by the resistors R1 to R3.
その後、検出対象電圧INが低下するにつれ、出力電圧VAが低下し、出力電圧VAが閾値電圧Vrefを下回ると、出力電圧VBはハイレベルとなる。これにより、第2インバータINV2の出力はローレベルとなり、第3インバータINV3の出力である出力信号OUTはハイレベルとなる。このときの検出対象電圧INを閾値電圧VDET2(図2)とすれば、
VDET2=Vref・(R1+R2+R3)/(R2+R3)
となる。このようにして、電圧検出回路10にヒステリシスを付与することができる。
After that, as the detection target voltage IN decreases, the output voltage VA decreases, and when the output voltage VA falls below the threshold voltage Vref, the output voltage VB becomes a high level. As a result, the output of the second inverter INV2 becomes low level, and the output signal OUT, which is the output of the third inverter INV3, becomes high level. If the detection target voltage IN at this time is the threshold voltage VDET2 (FIG. 2),
VDET2 = Vref ・ (R1 + R2 + R3) / (R2 + R3)
Will be. In this way, hysteresis can be applied to the
そして、このような本実施形態に係る電圧検出回路10によれば、回路面積の低減および消費電流の低減が可能となる。さらに、電圧検出回路10によれば、図9に示す従来の構成のような基準電圧源103が不要となり、最小動作電圧の低電圧化も可能となる。
Then, according to the
<第1実施形態の課題>
第1実施形態に係る電圧検出回路10は、上述のように優れた効果を奏するが、以下のような課題も有している。図3は、電圧検出回路10における検出対象電圧INに対する入力電圧VA、出力電圧VB、および出力信号OUTの挙動を示す図である。
<Problems of the first embodiment>
The
デプレッション型NMOSトランジスタM1は、飽和領域で使用する場合は定電流源として機能するが、非飽和領域で使用する場合、定電流性が崩れ、インピーダンスが変化する。図3に示すように検出対象電圧INが0Vから上昇するにつれて、入力電圧VAが上昇し、出力電圧VBが変化すると、デプレッション型NMOSトランジスタM1のドレイン・ソース間電圧が変化する。これにより、デプレッション型NMOSトランジスタM1が非飽和領域から飽和領域へ切り替わる付近の図3に示す領域A1では、出力電圧VBの波形がなまる。また、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2は飽和領域から非飽和領域へ切り替わる付近の図3に示す領域A2では、出力電圧VBの波形がなまる。 The depletion type NMOS transistor M1 functions as a constant current source when used in a saturated region, but when used in a non-saturated region, the constant current property is lost and the impedance changes. As shown in FIG. 3, as the detection target voltage IN rises from 0V, the input voltage VA rises and the output voltage VB changes, so that the drain-source voltage of the depletion type NMOS transistor M1 changes. As a result, the waveform of the output voltage VB is blunted in the region A1 shown in FIG. 3 near the switching of the depletion type NMOS transistor M1 from the non-saturated region to the saturated region. Further, in the region A2 shown in FIG. 3 near the switching from the saturated region to the non-saturated region of the enhancement type NMOS transistor M2, the waveform of the output voltage VB is blunted.
これにより、第1インバータINV1の後段に配置される第2インバータINV2の閾値電圧Vth_INV2がばらついたり、温度特性等で変化する場合、出力信号OUTがハイレベルからローレベルへ切り替わる閾値電圧VDET1にばらつきが生じてしまう。例えば、図3では、閾値電圧Vth_INV2のばらつき(または変動)ΔVth_INV2が生じた場合に生じる閾値電圧VDET1のばらつきΔVDET1を示している。すなわち、電圧検出回路10の閾値電圧VDET1にばらつきが生じてしまう。
As a result, when the threshold voltage Vth_INV2 of the second inverter INV2 arranged after the first inverter INV1 varies or changes due to temperature characteristics or the like, the threshold voltage VDET1 that switches the output signal OUT from the high level to the low level varies. It will occur. For example, FIG. 3 shows the variation ΔVDET1 of the threshold voltage VDET1 that occurs when the variation (or variation) ΔVth_INV2 of the threshold voltage Vth_INV2 occurs. That is, the threshold voltage VDET1 of the
<第2実施形態>
上記課題に鑑み、さらなる改善を図った構成である第2実施形態について述べる。図4は、第2実施形態に係る電圧検出回路20の構成を示す回路図である。
<Second Embodiment>
In view of the above problems, a second embodiment having a configuration for further improvement will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the
図4に示す電圧検出回路20の第1実施形態に係る電圧検出回路10(図1)との相違点は、第2インバータINV2を第1インバータINV1と同じ構成としていることである。具体的には、第2インバータINV2は、デプレッション型NMOSトランジスタM4と、エンハンスメント型NMOSトランジスタM5と、を有している。
The difference from the voltage detection circuit 10 (FIG. 1) according to the first embodiment of the
デプレッション型NMOSトランジスタM4と、エンハンスメント型NMOSトランジスタM5は、電源電圧VDDとグランド電位との間で直列に接続される。具体的には、デプレッション型NMOSトランジスタM4のドレインは、電源電圧VDDの印加端に接続される。デプレッション型NMOSトランジスタM4のソースは、エンハンスメント型NMOSトランジスタM5のドレインとノードNd21にて接続される。エンハンスメント型NMOSトランジスタM5のソースは、グランド電位の印加端に接続される。また、デプレッション型NMOSトランジスタM4のゲートは、デプレッション型NMOSトランジスタM4のソースとノードNd21にて接続される。 The depletion type NMOS transistor M4 and the enhancement type NMOS transistor M5 are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground potential. Specifically, the drain of the depletion type NMOS transistor M4 is connected to the application end of the power supply voltage VDD. The source of the depletion type NMOS transistor M4 is connected to the drain of the enhancement type MOSFET transistor M5 at the node Nd21. The source of the enhancement type NMOS transistor M5 is connected to the application end of the ground potential. Further, the gate of the depletion type NMOS transistor M4 is connected to the source of the depletion type NMOS transistor M4 at the node Nd21.
エンハンスメント型NMOSトランジスタM5のゲートは、ノードNd11に接続される。ノードNd21は、第3インバータINV3の入力端に接続される。 The gate of the enhancement type NMOS transistor M5 is connected to the node Nd11. The node Nd21 is connected to the input end of the third inverter INV3.
このように本実施形態では、第1インバータINV1と第2インバータINV2による2段構成としている。これにより、第1インバータINV1の出力である出力電圧VBと、第2インバータINV2の出力である出力電圧VCは、論理が反転する。しかしながら、第1インバータINV1と第2インバータINV2は同じ構成であるので、それらの閾値電圧は同じとなり、当該閾値電圧は電源電圧VDDに依存せず、温度による変動も抑制される。 As described above, in the present embodiment, the first inverter INV1 and the second inverter INV2 have a two-stage configuration. As a result, the logic of the output voltage VB, which is the output of the first inverter INV1, and the output voltage VC, which is the output of the second inverter INV2, is reversed. However, since the first inverter INV1 and the second inverter INV2 have the same configuration, their threshold voltages are the same, the threshold voltage does not depend on the power supply voltage VDD, and fluctuations due to temperature are suppressed.
ここで、図5に、検出対象電圧INに対する出力電圧VA,VB,VCおよび出力信号OUTの挙動を示す。図5に示すように、第1インバータINV1の閾値電圧付近で出力電圧VBの波形は検出対象電圧INの軸に対してほぼ垂直になっているので、出力電圧VCの波形は、上記軸に対してより垂直に近い波形となり、より理想的な波形となる。 Here, FIG. 5 shows the behavior of the output voltages VA, VB, VC and the output signal OUT with respect to the detection target voltage IN. As shown in FIG. 5, since the waveform of the output voltage VB is substantially perpendicular to the axis of the detection target voltage IN near the threshold voltage of the first inverter INV1, the waveform of the output voltage VC is relative to the above axis. The waveform becomes closer to vertical, and the waveform becomes more ideal.
これにより、第2インバータINV2の後段に配置される第3インバータINV3の閾値電圧Vth_INV3がばらついたり、変動した場合でも、電圧検出回路20の閾値電圧VDET1のばらつきを抑制することができる。例えば、図5では、閾値電圧Vth_INV3のばらつき(または変動)ΔVth_INV3が生じた場合に生じる閾値電圧VDET1のばらつきΔVDET1はほぼ無くなっている。
As a result, even if the threshold voltage Vth_INV3 of the third inverter INV3 arranged after the second inverter INV2 varies or fluctuates, the variation of the threshold voltage VDET1 of the
<第3実施形態>
図6は、第3実施形態に係る電圧検出回路30の構成を示す回路図である。本実施形態に係る電圧検出回路30は、第1実施形態に係る電圧検出回路10(図1)において第1インバータINV1に含まれるデプレッション型NMOSトランジスタM1をデプレッション型PMOSトランジスタM6に置き換えた構成となる。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the
より具体的には、デプレッション型PMOSトランジスタM6のソースは、電源電圧VDDの印加端に接続される。デプレッション型PMOSトランジスタM6のドレインは、エンハンスメント型NMOSトランジスタM2のドレインに接続される。デプレッション型PMOSトランジスタM6のゲートは、デプレッション型PMOSトランジスタM6のソースに接続される。 More specifically, the source of the depletion type PRIVATE transistor M6 is connected to the application end of the power supply voltage VDD. The drain of the depletion type MOSFET transistor M6 is connected to the drain of the enhancement type NMOS transistor M2. The gate of the depletion type epitaxial transistor M6 is connected to the source of the depletion type epitaxial transistor M6.
このような本実施形態であっても、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。 Even in such an embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
<第4実施形態>
図7は、第4実施形態に係る電圧検出回路40の構成を示す回路図である。本実施形態に係る電圧検出回路40の第1実施形態に係る電圧検出回路10(図1)との相違点は、第1インバータINV1である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the
より具体的には、第1インバータINV1は、エンハンスメント型PMOSトラジスタM7と、デプレッション型NMOSトランジスタM8と、を有している。エンハンスメント型PMOSトランジスタM7のソースは、電源電圧VDDの印加端に接続される。エンハンスメント型PMOSトランジスタM7のドレインは、デプレッション型NMOSトランジスタM8のドレインとノードNd41にて接続される。デプレッション型NMOSトランジスタM8のソースは、グランド電位の印加端に接続される。デプレッション型NMOSトランジスタM8のゲートは、デプレッション型NMOSトランジスタM8のソースに接続される。ノードNd41は、第2インバータINV2の入力端に接続される。エンハンスメント型PMOSトランジスタM7のゲートは、抵抗R1,R2間のノードNd12に接続される。 More specifically, the first inverter INV1 includes an enhancement type MOSFET transistor M7 and a depletion type NMOS transistor M8. The source of the enhancement type MPa transistor M7 is connected to the application end of the power supply voltage VDD. The drain of the enhancement type MOSFET transistor M7 is connected to the drain of the depletion type NMOS transistor M8 at the node Nd41. The source of the depletion type NMOS transistor M8 is connected to the application end of the ground potential. The gate of the depletion type NMOS transistor M8 is connected to the source of the depletion type NMOS transistor M8. The node Nd41 is connected to the input end of the second inverter INV2. The gate of the enhancement type PRIVATE transistor M7 is connected to the node Nd12 between the resistors R1 and R2.
このような本実施形態であっても、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。 Even in such an embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
<第5実施形態>
図8は、第5実施形態に係る電圧検出回路50の構成を示す回路図である。本実施形態に係る電圧検出回路50は、第4実施形態に係る電圧検出回路40(図7)において第1インバータINV1に含まれるデプレッション型NMOSトランジスタM8をデプレッション型PMOSトランジスタM9に置き換えた構成となる。
<Fifth Embodiment>
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the
より具体的には、エンハンスメント型PMOSトランジスタM7のドレインは、デプレッション型PMOSトランジスタM9のソースに接続される。デプレッション型PMOSトランジスタM9のドレインは、グランド電位の印加端に接続される。デプレッション型PMOSトランジスタM9のゲートは、デプレッション型PMOSトランジスタM9のソースに接続される。 More specifically, the drain of the enhancement type MIMO transistor M7 is connected to the source of the depletion type epitaxial transistor M9. The drain of the depletion type polyclonal transistor M9 is connected to the application end of the ground potential. The gate of the depletion type polyclonal transistor M9 is connected to the source of the depletion type epitaxial transistor M9.
このような本実施形態であっても、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。 Even in such an embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
<その他>
なお、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Others>
It should be considered that the above-described embodiment is an example in all respects and is not restrictive, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-mentioned embodiment but the scope of claims. It is shown and should be understood to include all modifications that fall within the meaning and scope of the claims.
例えば、上記第3〜第5実施形態に対して、上記第2実施形態を適用してもよい。すなわち、上記第3〜第5実施形態における第2インバータINV2を、第1インバータINV1と同様の構成とし、2段構成としてもよい。 For example, the second embodiment may be applied to the third to fifth embodiments. That is, the second inverter INV2 in the third to fifth embodiments may have the same configuration as the first inverter INV1 and may have a two-stage configuration.
また、例えば、第2実施形態等において同じ構成のインバータは2段に限らず、3段以上接続した構成としてもよい。 Further, for example, in the second embodiment and the like, the inverter having the same configuration is not limited to the two stages, and may be configured to connect three or more stages.
また、例えば、電圧検出回路にヒステリシスを付与することは必須ではない。 Further, for example, it is not essential to impart hysteresis to the voltage detection circuit.
また、例えば、第1インバータINV1の出力電圧、または同じ構成のインバータによる複数段の構成の出力電圧は、インバータに限らず、MOSトランジスタのゲートに印加させてもよい。 Further, for example, the output voltage of the first inverter INV1 or the output voltage of a plurality of stages of inverters having the same configuration may be applied not only to the inverter but also to the gate of the MOS transistor.
また、以上述べた各種実施形態に係る電圧検出回路は、任意の装置に搭載可能である。例えば、自動車等の車両に設置される車載機器や、スマートフォンやタブレット等の携帯情報端末に電圧比較回路を搭載することができる。 Further, the voltage detection circuits according to the various embodiments described above can be mounted on any device. For example, a voltage comparison circuit can be mounted on an in-vehicle device installed in a vehicle such as an automobile or a mobile information terminal such as a smartphone or tablet.
また、上記各種実施形態に係る電圧検出回路は、半導体集積回路の形態で形成されてもよい。電圧検出回路を含む半導体集積回路をパッケージ化した半導体装置を構成できる。 Further, the voltage detection circuit according to the above various embodiments may be formed in the form of a semiconductor integrated circuit. A semiconductor device in which a semiconductor integrated circuit including a voltage detection circuit is packaged can be configured.
本発明は、例えば、各種機器に備えられる電圧検出回路に利用することができる。 The present invention can be used, for example, in a voltage detection circuit provided in various devices.
10〜50 電圧検出回路
INV1 第1インバータ
INV2 第2インバータ
INV3 第3インバータ
M1 デプレッション型NMOSトランジスタ
M2 エンハンスメント型NMOSトランジスタ
M3 トランジスタ
M4 デプレッション型NMOSトランジスタ
M5 エンハンスメント型NMOSトランジスタ
M6 デプレッション型PMOSトランジスタ
M7 エンハンスメント型PMOSトランジスタ
M8 デプレッション型NMOSトランジスタ
M9 デプレッション型PMOSトランジスタ
R1〜R3 抵抗
10 to 50 Voltage detection circuit INV1 1st inverter INV2 2nd inverter INV3 3rd inverter M1 Depression type NMOS transistor M2 Enhancement type NMOS transistor M3 transistor M4 Depression type NMOS transistor M5 Enhancement type NMOS transistor M6 Depression type NMOS transistor M7 Enhancement type NMOS transistor M8 Depression Type NMOS Transistor M9 Depression Type NMOS Transistor R1 to R3 Resistors
Claims (10)
前記第1トランジスタは、入力電圧を印加されるゲートを有するエンハンスメント型MOSトランジスタであり、
前記第2トランジスタは、自身のゲートとソースとが接続されるデプレッション型MOSトランジスタである、電圧検出回路。 It has an inverter including a first transistor and a second transistor connected in series between an application end of a power supply voltage and an application end of a ground potential.
The first transistor is an enhancement type MOS transistor having a gate to which an input voltage is applied.
The second transistor is a voltage detection circuit which is a depletion type MOS transistor in which its own gate and source are connected.
前記第1トランジスタは、前記第2トランジスタのソースと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するエンハンスメント型NMOSトランジスタである、請求項1に記載の電圧検出回路。 The second transistor is a depletion type NMOS transistor having a drain connected to the application end of the power supply voltage.
The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the first transistor is an enhancement type NMOS transistor having a drain connected to the source of the second transistor and a source connected to the application end of the ground potential. ..
前記第1トランジスタは、前記第2トランジスタのドレインと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するエンハンスメント型NMOSトランジスタである、請求項1に記載の電圧検出回路。 The second transistor is a depletion type polyclonal transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage.
The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the first transistor is an enhancement type NMOS transistor having a drain connected to the drain of the second transistor and a source connected to the application end of the ground potential. ..
前記第2トランジスタは、前記第1トランジスタのドレインと接続されるドレインと、前記グランド電位の印加端と接続されるソースと、を有するデプレッション型NMOSトランジスタである、請求項1に記載の電圧検出回路。 The first transistor is an enhancement type MPa transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage.
The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the second transistor is a depletion type NMOS transistor having a drain connected to the drain of the first transistor and a source connected to the application end of the ground potential. ..
前記第2トランジスタは、前記第1トランジスタのドレインと接続されるソースと、前記グランド電位の印加端と接続されるドレインと、を有するデプレッション型PMOSトランジスタである、請求項1に記載の電圧検出回路。 The first transistor is an enhancement type MPa transistor having a source connected to the application end of the power supply voltage.
The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the second transistor is a depletion type MIMO transistor having a source connected to the drain of the first transistor and a drain connected to the application end of the ground potential. ..
前記抵抗分圧回路に含まれる抵抗の両端間の開放・短絡を前記インバータの出力に応じて切り替えるスイッチと、を有する、請求項8に記載の電圧検出回路。 A resistance voltage divider circuit to which the detection target voltage is applied to generate the input voltage,
The voltage detection circuit according to claim 8, further comprising a switch for switching between opening and closing between both ends of a resistor included in the resistance voltage dividing circuit according to the output of the inverter.
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