JP2022179098A - output circuit - Google Patents

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一之 宮島
Kazuyuki Miyajima
将伍 ▲高▼田
Shogo Takada
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Abstract

To provide an output circuit capable of reducing current consumption and miniaturizing an open-drain transistor with a simple configuration.SOLUTION: A current generation part 2 of an output circuit 1A has: a transconductance amplifier AMP that has gates of transistors MN1 and MN2 with different gate aspect ratios as a differential input stage 22; a resistor R1 connected between the gates of the transistors MN1 and MN2; and a transistor MP3 that supplies a current according to an output of the transconductance amplifier AMP to the resistor R1. An output drive part 3 has: a transistor MP4 whose gate and source are respectively connected with the transistor MP3 in common; and a resistor R2 and a transistor MN5 supplied with a current flowing in the transistor MP3 mirrored to the transistor MP4. The output drive part 3 supplies a gate-source voltage Vgsn6 according to a voltage drop generated at the resistor R2 and a gate-source voltage of the transistor MN5 to between a gate and a source of a transistor MN6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、出力回路に関する。 The present invention relates to output circuits.

オープンドレインの出力端子は、例えばマイコンと、それにより駆動されるモータドライバ回路など電源電圧の異なるIC間で通信を行う際のインタフェースの出力としてしばしば用いられる。出力端子として用いられるトランジスタのドレインは、電源電圧に抵抗などでプルアップされる。このため、抵抗の両端が短絡した場合、トランジスタに大きな電流が流れて破損する場合がある。このため、トランジスタに流れる電流を制限する過電流保護回路が必要となる。 An open-drain output terminal is often used as an interface output when communicating between ICs having different power supply voltages, such as a microcomputer and a motor driver circuit driven by the microcomputer. The drain of the transistor used as the output terminal is pulled up to the power supply voltage by a resistor or the like. Therefore, if both ends of the resistor are short-circuited, a large current may flow through the transistor and damage it. Therefore, an overcurrent protection circuit is required to limit the current flowing through the transistor.

このような過電流保護回路として特許文献1、2に記載されたものが提案されている。特許文献1の過電流保護回路は、トランジスタに流れる電流を検出し、過電流が流れたと判定した場合、トランジスタをオフする。しかしながら、特許文献1の過電流保護回路は、トランジスタが複数ある場合、複数のトランジスタ毎に電流を検出する電流センス抵抗、過電流を判定するアンプが必要であるため、回路規模が大きくなる、という問題があった。 As such an overcurrent protection circuit, those described in Patent Documents 1 and 2 have been proposed. The overcurrent protection circuit disclosed in Patent Document 1 detects current flowing through a transistor, and turns off the transistor when it is determined that an overcurrent has flowed. However, the overcurrent protection circuit of Patent Document 1 requires a current sensing resistor for detecting the current for each of the transistors and an amplifier for determining overcurrent, which increases the circuit scale when there are multiple transistors. I had a problem.

特許文献2の過電流保護回路は、出力端子となるオープンドレインのトランジスタをカレントミラー回路の出力とし、入力のトランジスタに参照電流を供給する。この過電流保護回路によれば、入力のトランジスタ及び出力のトランジスタのゲートアスペクト比と参照電流により出力のトランジスタの制限電流が決まる。例えば、このカレントミラー回路の入出力間の電流比を100倍程度にして50mAで電流制限する場合、参照電流は500μA程度になる。この参照電流を小さくしようとすると、出力のトランジスタのゲート幅を入力のトランジスタのゲート幅に対して大きくする必要があり、オープンドレインのトランジスタの素子面積が拡大する、という問題があった。 In the overcurrent protection circuit of Patent Document 2, an open-drain transistor serving as an output terminal is used as an output of a current mirror circuit, and a reference current is supplied to an input transistor. According to this overcurrent protection circuit, the limiting current of the output transistor is determined by the gate aspect ratios of the input and output transistors and the reference current. For example, when the current ratio between the input and output of this current mirror circuit is increased by about 100 times and the current is limited to 50 mA, the reference current is about 500 μA. In order to reduce this reference current, it is necessary to increase the gate width of the output transistor relative to the gate width of the input transistor.

特開平6-38363号公報JP-A-6-38363 特開2013-232760号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-232760

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でかつ消費電流が小さく出力端子であるオープンドレインのトランジスタの小型化が可能な出力回路を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the circumstances described above, and its object is to provide an output circuit that has a simple configuration, consumes a small amount of current, and allows the size of an open-drain transistor, which is an output terminal, to be reduced. be.

前述した目的を達成するために、本発明に係る出力回路は、下記[1]~[4]を特徴としている。
[1]
出力端子にドレインが接続される第1のMOSトランジスタと、
ドレイン・ソースが前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソースに接続され、ゲートに前記第1のMOSトランジスタをオン又はオフにするための駆動信号が入力される第2のMOSトランジスタと、
ソースがお互いに電流源に接続され、ゲートアスペクト比が異なる第3のMOSトランジスタ及び第4のMOSトランジスタのゲートを差動入力段とするトランスコンダクタンスアンプと、第1の抵抗と、前記トランスコンダクタンスアンプの出力に応じた電流を前記第1の抵抗に供給する第5のMOSトランジスタと、を有し、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタのゲート間に前記第1の抵抗を接続することにより、前記トランスコンダクタンスアンプによる負帰還で定まる電流を前記第1の抵抗に流す電流生成部と、
前記第5のMOSトランジスタにゲートおよびソースがそれぞれ共通接続された第6のMOSトランジスタと、前記第6のMOSトランジスタにミラーされた前記第5のMOSトランジスタに流れる電流と等しい電流が供給される第2の抵抗およびドレイン・ゲートがダイオード接続された第7のMOSトランジスタと、を有し、前記第2の抵抗に発生する電圧降下と前記第7のMOSトランジスタのゲート・ソース電圧に応じた駆動電圧を前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソース間に供給する出力駆動部と、を備えた、
出力回路であること。
[2]
[1]に記載の出力回路において、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電圧が低下したときに前記出力駆動部から前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソース間に供給する前記駆動電圧を遮断して前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を引き上げるスイッチをさらに備えた、
出力回路であること。
[3]
[2]に記載の出力回路において、
前記スイッチは、ドレイン・ソースが前記第2の抵抗とグランドとの間に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続された第8のMOSトランジスタから構成される、
出力回路であること。
[4]
[1]~[3]の何れか1項に記載の出力回路において、
前記第1のMOSトランジスタ及び前記出力駆動部が、複数設けられ、
複数の前記出力駆動部の前記第6のMOSトランジスタが1つの前記第5のMOSトランジスタにカレントミラー接続されている、
出力回路であること。
In order to achieve the above object, an output circuit according to the present invention is characterized by the following [1] to [4].
[1]
a first MOS transistor having a drain connected to an output terminal;
a second MOS transistor whose drain and source are connected to the gate and source of said first MOS transistor and whose gate receives a drive signal for turning on or off said first MOS transistor;
a transconductance amplifier having sources connected to each other to a current source and having gates of a third MOS transistor and a fourth MOS transistor having different gate aspect ratios as a differential input stage; a first resistor; and a fifth MOS transistor that supplies a current corresponding to the output of the first resistor to the first resistor, and the first resistor is connected between the gates of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. a current generation unit that causes a current determined by negative feedback from the transconductance amplifier to flow through the first resistor;
A sixth MOS transistor having a gate and a source commonly connected to the fifth MOS transistor and a current equal to the current flowing through the fifth MOS transistor mirrored by the sixth MOS transistor are supplied. 2 resistors and a seventh MOS transistor whose drain and gate are diode-connected, and a drive voltage corresponding to the voltage drop occurring in the second resistor and the gate-source voltage of the seventh MOS transistor. between the gate and source of the first MOS transistor,
Must be an output circuit.
[2]
In the output circuit described in [1],
When the drain voltage of the first MOS transistor is lowered, the drive voltage supplied between the gate and the source of the first MOS transistor from the output driver is cut off to reduce the gate voltage of the first MOS transistor. Equipped with a switch to pull up,
Must be an output circuit.
[3]
In the output circuit according to [2],
The switch comprises an eighth MOS transistor having a drain-source connected between the second resistor and ground, and a gate connected to the drain of the first MOS transistor.
Must be an output circuit.
[4]
In the output circuit according to any one of [1] to [3],
A plurality of the first MOS transistors and the output drive section are provided,
the sixth MOS transistors of the plurality of output drive units are current-mirror-connected to one fifth MOS transistor;
Must be an output circuit.

本発明によれば、簡単な構成でかつ消費電流が小さく出力端子であるオープンドレインのトランジスタの小型化が可能な出力回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an output circuit that has a simple configuration, consumes a small amount of current, and allows the size of an open-drain transistor that is an output terminal to be reduced.

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading the following detailed description of the invention (hereinafter referred to as "embodiment") with reference to the accompanying drawings. .

図1は、第1実施形態における本発明の出力回路を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing the output circuit of the present invention in the first embodiment. 図2は、第2実施形態における本発明の出力回路を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing the output circuit of the present invention in the second embodiment. 図3は、第3実施形態における本発明の出力回路を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing the output circuit of the present invention in the third embodiment.

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments relating to the present invention will be described below with reference to each drawing.

(第1実施形態)
第1実施形態の出力回路1Aは、図1に示すように、オープンドレインの出力端子となるトランジスタMN6(第1のMOSトランジスタ)と、トランジスタMN4(第2のMOSトランジスタ)と、電流生成部2と、出力駆動部3と、を備えている。トランジスタMN6は、ドレインが出力端子Toutに接続され、ソースがグランドに接続されている。また、出力端子Toutとグランドとの間には、抵抗RL、バッテリV2が接続される。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the output circuit 1A of the first embodiment includes a transistor MN6 (first MOS transistor) serving as an open-drain output terminal, a transistor MN4 (second MOS transistor), and a current generator 2. and an output driver 3 . The transistor MN6 has a drain connected to the output terminal Tout and a source connected to the ground. A resistor RL and a battery V2 are connected between the output terminal Tout and the ground.

トランジスタMN4は、NchのMOSFETから構成されている。トランジスタMN4は、ドレイン・ソースがトランジスタMN6のゲート・ソース間に接続されている。このトランジスタMN4のゲートにトランジスタMN6をオン又はオフするための駆動信号VINが供給される。このトランジスタMN4に駆動信号VINが供給され、トランジスタMN4がオンすると、トランジスタMN6のゲート・ソースが短絡されて、トランジスタMN6がオフする。一方、トランジスタMN4の駆動信号VINが遮断され、トランジスタMN4がオフすると、トランジスタMN6はゲート・ソース間に後述するゲート電圧Vgsn6が供給されてオンする。 The transistor MN4 is composed of an Nch MOSFET. The drain and source of the transistor MN4 are connected between the gate and source of the transistor MN6. A driving signal VIN for turning on or off the transistor MN6 is supplied to the gate of the transistor MN4. When the driving signal VIN is supplied to the transistor MN4 and the transistor MN4 is turned on, the gate and source of the transistor MN6 are short-circuited and the transistor MN6 is turned off. On the other hand, when the drive signal VIN for the transistor MN4 is cut off and the transistor MN4 is turned off, the transistor MN6 is turned on by being supplied with a gate voltage Vgsn6 described later between its gate and source.

電流生成部2は、1/R1に比例したドレイン電流Idp3を生成する回路である。また、出力駆動部3は、ドレイン電流Idp3と等しいドレイン電流Idp4を抵抗R2に供給することにより、R2/R1に比例したゲート・ソース電圧Vgsn6(駆動電圧)を生成して、トランジスタMN6のゲート・ソースに供給する回路である。ここで、R1およびR2は抵抗R1および抵抗R2の抵抗値である。 The current generator 2 is a circuit that generates a drain current Idp3 proportional to 1/R1. Further, the output driver 3 supplies a drain current Idp4 equal to the drain current Idp3 to the resistor R2 to generate a gate-source voltage Vgsn6 (drive voltage) proportional to R2/R1, thereby This is the circuit that feeds the source. Here, R1 and R2 are the resistance values of resistor R1 and resistor R2.

電流生成部2は、トランスコンダクタンスアンプAMPと、トランジスタMP3(第5のMOSトランジスタ)と、抵抗R1(第1の抵抗)と、トランジスタMN3と、を備えている。トランスコンダクタンスアンプAMPは、トランジスタMP1、MP2から構成されるカレントミラー回路21と、トランジスタMN1、MN2(第3、第4のMOSトランジスタ)から構成される差動入力段22と、電流源I1と、を有している。 The current generator 2 includes a transconductance amplifier AMP, a transistor MP3 (fifth MOS transistor), a resistor R1 (first resistor), and a transistor MN3. The transconductance amplifier AMP includes a current mirror circuit 21 composed of transistors MP1 and MP2, a differential input stage 22 composed of transistors MN1 and MN2 (third and fourth MOS transistors), a current source I1, have.

カレントミラー回路21を構成するトランジスタMP1、MP2は、PchのMOSFETから構成されている。トランジスタMP1、MP2のソースがバッテリV1から供給される電源電圧VDDに接続され、トランジスタMP1、MP2のゲート同士が接続される。トランジスタMP2は、ゲートとドレインが接続される。トランジスタMP1、MP2は、カレントミラー比が1:1となるように設けられている。これにより、トランジスタMP1、MP2のドレイン電流が等しくなる。 The transistors MP1 and MP2 that constitute the current mirror circuit 21 are composed of Pch MOSFETs. The sources of the transistors MP1 and MP2 are connected to the power supply voltage VDD supplied from the battery V1, and the gates of the transistors MP1 and MP2 are connected to each other. The gate and drain of the transistor MP2 are connected. The transistors MP1 and MP2 are provided so as to have a current mirror ratio of 1:1. This equalizes the drain currents of the transistors MP1 and MP2.

差動入力段22を構成するトランジスタMN1、MN2は、NchのMOSFETから構成されている。トランジスタMN1のドレインが、トランジスタMP1のドレインに接続され、トランジスタMN2のドレインが、トランジスタMP2のドレインに接続される。トランジスタMN1、MN2のソースは、電流源I1に接続される。また、トランジスタMN1のアスペクト比>トランジスタMN2のアスペクト比となる。本実施形態では、トランジスタMN1のアスペクト比:トランジスタMN2のアスペクト比を4:1としている。電流源I1は、トランジスタMN1、MN2のソースとグランドとの間に接続される。 The transistors MN1 and MN2 forming the differential input stage 22 are formed of Nch MOSFETs. The drain of transistor MN1 is connected to the drain of transistor MP1, and the drain of transistor MN2 is connected to the drain of transistor MP2. The sources of transistors MN1 and MN2 are connected to current source I1. Also, the aspect ratio of the transistor MN1>the aspect ratio of the transistor MN2. In this embodiment, the aspect ratio of the transistor MN1:the aspect ratio of the transistor MN2 is 4:1. A current source I1 is connected between the sources of the transistors MN1, MN2 and ground.

トランジスタMP3、抵抗R1、トランジスタMN3は互いに直列接続されている。トランジスタMP3は、PchのMOSFETから構成されている。トランジスタMP3は、ゲートがトランスコンダクタンスアンプAMPの出力(トランジスタMP1、MN1のドレイン)に接続されている。トランジスタMP3は、ソースが電源電圧VDDに接続されている。抵抗R1は、トランジスタMP3のドレインと後述するトランジスタMN3のドレインとの間に接続されている。 Transistor MP3, resistor R1, and transistor MN3 are connected in series with each other. The transistor MP3 is composed of a Pch MOSFET. The transistor MP3 has a gate connected to the output of the transconductance amplifier AMP (the drains of the transistors MP1 and MN1). The source of the transistor MP3 is connected to the power supply voltage VDD. The resistor R1 is connected between the drain of the transistor MP3 and the drain of the transistor MN3 which will be described later.

トランジスタMN3は、NchのMOSFETから構成されている。トランジスタMN3は、ゲートがドレインに接続されたダイオード接続となり、ソースがグランドに接続されている。このトランジスタMN3は、差動入力段22を構成するトランジスタMN1、MN2の動作電圧を設定するために設けられている。トランジスタMN1、MN2の動作電圧を設定する構成であればよく、トランジスタMN3以外の構成としてもよい。 The transistor MN3 is composed of an Nch MOSFET. The transistor MN3 has a diode connection in which the gate is connected to the drain, and the source is grounded. The transistor MN3 is provided to set the operating voltages of the transistors MN1 and MN2 that constitute the differential input stage 22. FIG. Any configuration that sets the operating voltages of the transistors MN1 and MN2 may be used, and a configuration other than the transistor MN3 may be used.

上述した差動入力段22を構成するトランジスタMN1のゲートが、抵抗R1のグランド側の一端に接続され、トランジスタMN2のゲートが、抵抗R1の電源VDD側の一端に接続される。これにより、抵抗R1に流れるトランジスタMP3のドレイン電流Idp3を、トランスコンダクタンスアンプAMPによる負帰還で定まる電流とすることができる。 The gate of the transistor MN1 that constitutes the differential input stage 22 is connected to one end of the resistor R1 on the ground side, and the gate of the transistor MN2 is connected to one end of the resistor R1 on the power supply VDD side. As a result, the drain current Idp3 of the transistor MP3 flowing through the resistor R1 can be a current determined by the negative feedback of the transconductance amplifier AMP.

トランスコンダクタンスアンプAMPは、カレントミラー回路21によりトランジスタMN1、MN2に同じドレイン電流が流れるように動作する。また、トランジスタMN1のアスペクト比>トランジスタMN2のアスペクト比である。このため、トランスコンダクタンスアンプAMPは、抵抗R1に電圧降下を発生させ、トランジスタMN1のゲート電圧をトランジスタMN2のゲート電圧よりも低くして、トランジスタMN1、MN2のドレイン電流Idn1、Idn2を等しくする。即ち、トランスコンダクタンスアンプAMPは、トランジスタMN1、MN2のドレイン電流Idn1、Idn2が互いに等しくなるような、出力をトランジスタMP3のゲートに出力する。これにより、後述するようにトランジスタMP3のドレイン電流Idp3は、1/R1に比例した電流となる。 The transconductance amplifier AMP operates so that the current mirror circuit 21 causes the same drain current to flow through the transistors MN1 and MN2. Also, the aspect ratio of the transistor MN1>the aspect ratio of the transistor MN2. Therefore, the transconductance amplifier AMP causes a voltage drop across the resistor R1, lowers the gate voltage of the transistor MN1 than the gate voltage of the transistor MN2, and equalizes the drain currents Idn1 and Idn2 of the transistors MN1 and MN2. That is, the transconductance amplifier AMP outputs to the gate of the transistor MP3 such that the drain currents Idn1 and Idn2 of the transistors MN1 and MN2 are equal to each other. As a result, the drain current Idp3 of the transistor MP3 becomes a current proportional to 1/R1, as will be described later.

出力駆動部3は、トランジスタMP4(第6のMOSトランジスタ)と、抵抗R2(第2の抵抗)と、トランジスタMN5(第7のMOSトランジスタ)と、を有している。トランジスタMP4と、抵抗R2と、トランジスタMN5と、は互いに直列接続されている。トランジスタMP4は、PchのMOSFETから構成されている。トランジスタMP4は、トランジスタMP3にゲート同士、ソース同士が共通接続され、トランジスタMP3、MP4のアスペクト比は1:1に設けられている。これにより、トランジスタMP3のドレイン電流Idp3が、トランジスタMP4のドレイン電流Idp4にミラーされ、ドレイン電流Idp3、Idp4が等しくなる。 The output driver 3 has a transistor MP4 (sixth MOS transistor), a resistor R2 (second resistor), and a transistor MN5 (seventh MOS transistor). Transistor MP4, resistor R2, and transistor MN5 are connected in series with each other. The transistor MP4 is composed of a Pch MOSFET. The transistor MP4 has its gates and sources commonly connected to the transistor MP3, and the aspect ratio of the transistors MP3 and MP4 is set to 1:1. As a result, the drain current Idp3 of the transistor MP3 is mirrored by the drain current Idp4 of the transistor MP4, and the drain currents Idp3 and Idp4 become equal.

抵抗R2は、トランジスタMP4のドレインと、トランジスタMN5のドレインとの間に接続され、ドレイン電流Idp4が供給される。トランジスタMN5は、NchのMOSFETから構成されている。トランジスタMN5は、ゲートがドレインに接続されたダイオード接続となり、ソースがグランドに接続されている。 The resistor R2 is connected between the drain of the transistor MP4 and the drain of the transistor MN5 and supplied with the drain current Idp4. The transistor MN5 is composed of an Nch MOSFET. The transistor MN5 has a diode connection in which the gate is connected to the drain, and the source is grounded.

トランジスタMN1のドレイン電流Idn1とトランジスタMN1のゲート・ソース電圧Vgsn1との関係式は以下の式(1)により表される。 A relational expression between the drain current Idn1 of the transistor MN1 and the gate-source voltage Vgsn1 of the transistor MN1 is represented by the following equation (1).

Figure 2022179098000002
Figure 2022179098000002

また、トランジスタMN2のドレイン電流Idn2とトランジスタMN1のゲート・ソース電圧Vgsn1との関係式は以下の式(2)により表される。 A relational expression between the drain current Idn2 of the transistor MN2 and the gate-source voltage Vgsn1 of the transistor MN1 is represented by the following expression (2).

Figure 2022179098000003
Figure 2022179098000003

また、上述したように、カレントミラー回路21によりトランジスタMN1、MN2に同じドレイン電流が流れるように動作し、下記の式(3)、(4)に示すように、トランジスタMN1、MN2のドレイン電流Idn1、Idn2は互いに等しく、その和は、電流源I1に等しい。
Idn1=Idn2 …(3)
Idn1+Idn2=I1 …(4)
また、トランジスタMN1のアスペクト比:トランジスタMN2のアスペクト比を4:1とすると、下記の式(5)が得られる。
βn1=4βn2 …(5)
Further, as described above, the current mirror circuit 21 operates so that the same drain current flows through the transistors MN1 and MN2. , Idn2 are equal to each other and their sum is equal to the current source I1.
Idn1 = Idn2 (3)
Idn1+Idn2=I1 (4)
Further, when the aspect ratio of the transistor MN1:the aspect ratio of the transistor MN2 is 4:1, the following equation (5) is obtained.
βn1=4βn2 (5)

上記式(1)~(5)により、トランジスタMP3のドレイン電流Idp3は下記の式(6)で表すことができる。式(6)に示すように、ドレイン電流Idp3は、1/R1に比例する。 From the above equations (1) to (5), the drain current Idp3 of the transistor MP3 can be expressed by the following equation (6). As shown in Equation (6), the drain current Idp3 is proportional to 1/R1.

Figure 2022179098000004
Figure 2022179098000004

トランジスタMP4のドレイン電流Idp4は、ドレイン電流Idp3がミラーされ、下記の式(7)で表すことができる。 The drain current Idp4 of the transistor MP4 is mirrored by the drain current Idp3 and can be expressed by the following equation (7).

Figure 2022179098000005
Figure 2022179098000005

このため、抵抗R2にドレイン電流Idp4を供給すると、抵抗R2には、下記の式(8)に示す電圧降下VR2が生じる。 Therefore, when the drain current Idp4 is supplied to the resistor R2, a voltage drop VR2 represented by the following equation (8) occurs across the resistor R2.

Figure 2022179098000006
Figure 2022179098000006

また、トランジスタMN5のゲート・ソース電圧Vgsn5は下記の式(9)で表すことができる。 Also, the gate-source voltage Vgsn5 of the transistor MN5 can be expressed by the following equation (9).

Figure 2022179098000007
Figure 2022179098000007

また、トランジスタMN6のゲート・ソース電圧Vgsn6は、下記の式(10)により表すことができる。 Also, the gate-source voltage Vgsn6 of the transistor MN6 can be expressed by the following equation (10).

Figure 2022179098000008
Figure 2022179098000008

ここで、トランジスタMN5のゲートアスペクト比を大きく取りトランスコンダクタンス係数βn5を大きくすると、ゲート・ソース電圧Vgsn5は閾値電圧Vthnに近くなるため、下記の式(11)で表すことができる。 Here, if the gate aspect ratio of the transistor MN5 is increased and the transconductance coefficient βn5 is increased, the gate-source voltage Vgsn5 becomes close to the threshold voltage Vthn.

Figure 2022179098000009
Figure 2022179098000009

また、トランジスタMN6のドレイン電流Idn6は下記の式(12)で表すことができる。 Also, the drain current Idn6 of the transistor MN6 can be expressed by the following equation (12).

Figure 2022179098000010
Figure 2022179098000010

よって、式(11)、(12)より、ドレイン電流Idn6は、下記の式(13)で表すことができる。 Therefore, from the equations (11) and (12), the drain current Idn6 can be expressed by the following equation (13).

Figure 2022179098000011
Figure 2022179098000011

上記式(13)から明らかのようにドレイン電流Idn6は、トランジスタMN1、MN2及びMN5、MN6が同一の閾値電圧Vthn、キャリア移動度μn、ゲート酸化膜厚COXを持つ素子を使用した場合、Vthnの影響を受けない。即ち、ドレイン電流Idn6を抵抗R1、R2の比と、トランスコンダクタンス係数βn6、βn2の比とに応じた値に制限することができる。この場合、トランスコンダクタンス係数βn6、βn2の比はトランジスタMN2、MN6のサイズ比となる。結果、本実施形態は、トランジスタMN1、MN2及びMN5、MN6の素子の特性ばらつき、抵抗R1、R2の絶対値のばらつき、さらには温度変動に対して影響を受けにくいトランジスタMN6のドレイン電流Idn6の制限を行うことができる。 As is clear from the above equation (13), the drain current Idn6 is less than Vthn when the transistors MN1, MN2 and MN5, MN6 have the same threshold voltage Vthn, carrier mobility μn, and gate oxide film thickness COX. Not affected. That is, the drain current Idn6 can be limited to a value corresponding to the ratio of the resistors R1 and R2 and the ratio of the transconductance coefficients βn6 and βn2. In this case, the ratio of the transconductance coefficients βn6 and βn2 is the size ratio of the transistors MN2 and MN6. As a result, this embodiment limits the drain current Idn6 of the transistor MN6, which is less susceptible to variations in the characteristics of the transistors MN1, MN2, MN5, and MN6, variations in the absolute values of the resistors R1 and R2, and temperature variations. It can be performed.

以上の構成によれば、ドレイン電流Idn6の制限電流が、トランジスタMN2、MN6のサイズ比だけでなく、抵抗R2、R1の抵抗値比にも応じているため、電流源I1を小さな値に絞ったとしても、トランジスタMN2、MN6のサイズ比を巨大なものとする必要がなくなる。これにより、簡単な構成でかつ消費電流が小さくトランジスタMN6の小型化を図ることができる。 According to the above configuration, the limit current of the drain current Idn6 depends not only on the size ratio between the transistors MN2 and MN6 but also on the resistance value ratio between the resistors R2 and R1. However, there is no need to make the size ratio of the transistors MN2 and MN6 huge. As a result, the size of the transistor MN6 can be reduced with a simple configuration and small current consumption.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について図2を参照して説明する。同図において、図1について上述した第1実施形態で既に説明した図1に示す出力回路1Aと同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the same figure, the same parts as those of the output circuit 1A shown in FIG. 1, which have already been explained in the first embodiment with reference to FIG.

第1実施形態と第2実施形態とで大きく異なる点は、出力回路1Bが、トランジスタMN7(スイッチ、第8のMOSトランジスタ)を備えている点である。トランジスタMN7は、NchのMOSFETから構成されている。トランジスタMN7は、ソース・ドレインがトランジスタMN5とグランドとの間に接続されている。また、トランジスタMN7は、ゲートがトランジスタMN6のドレインに接続されている。 A major difference between the first embodiment and the second embodiment is that the output circuit 1B includes a transistor MN7 (switch, eighth MOS transistor). The transistor MN7 is composed of an Nch MOSFET. The transistor MN7 has its source and drain connected between the transistor MN5 and the ground. The gate of the transistor MN7 is connected to the drain of the transistor MN6.

このトランジスタMN7の役割は、トランジスタMN6のドレイン電圧が抵抗RLの素子間の短絡などにより高い場合のみ、過電流保護機能を動作させることである。図1に示す第1実施形態の場合、トランジスタMN6のゲート・ソース電圧Vgns6が常に式(11)に示す一定値に制限される。トランジスタMN6のON抵抗Ron6は以下の式(14)で表される。 The role of this transistor MN7 is to activate the overcurrent protection function only when the drain voltage of the transistor MN6 is high due to a short circuit between the elements of the resistor RL. In the case of the first embodiment shown in FIG. 1, the gate-source voltage Vgns6 of transistor MN6 is always limited to a constant value shown in equation (11). An ON resistance Ron6 of the transistor MN6 is represented by the following equation (14).

Figure 2022179098000012
Figure 2022179098000012

式(14)に示すように、ON抵抗Ron6は、ゲート・ソース電圧Vgsn6が小さいほど、大きくなる。第1実施形態の場合、抵抗RLの抵抗値を小さく設定した場合、トランジスタMN6がオンしてもそのドレイン電圧を十分に下げきれない場合が考えられる。図2に示す第2実施形態はこうした点を改善するための回路である。トランジスタMN6がオンしてそのドレイン電圧が、トランジスタMN7の閾値電圧Vthnよりも低ければ、トランジスタMN7がオフする。これにより、出力駆動部3からトランジスタMN6のゲート・ソース間に供給する式(11)に示すゲート・ソース電圧Vgsn6が遮断され、トランジスタMN6のゲート電圧が電源電圧VDDまで引き上げられるため、式(14)で表されるON抵抗Ron6を下げることが出来る。抵抗RLの短絡等でドレイン電圧が下がらない場合は、トランジスタMN7がオンして、第1実施形態同様のドレイン電流の制限を行う事が出来る。 As shown in equation (14), the ON resistance Ron6 increases as the gate-source voltage Vgsn6 decreases. In the case of the first embodiment, when the resistance value of the resistor RL is set small, the drain voltage of the transistor MN6 may not be lowered sufficiently even when the transistor MN6 is turned on. The second embodiment shown in FIG. 2 is a circuit for improving these points. When the transistor MN6 is turned on and its drain voltage is lower than the threshold voltage Vthn of the transistor MN7, the transistor MN7 is turned off. As a result, the gate-source voltage Vgsn6 shown in equation (11) supplied from the output driver 3 between the gate and source of the transistor MN6 is cut off, and the gate voltage of the transistor MN6 is raised to the power supply voltage VDD. ) can be reduced. When the drain voltage does not drop due to a short circuit of the resistor RL or the like, the transistor MN7 is turned on, and the drain current can be limited in the same manner as in the first embodiment.

なお、第2実施形態によれば、トランジスタMN7のゲートをトランジスタMN6のドレインに接続し、ドレイン電圧が閾値電圧Vthnより低下したときにトランジスタMN7がオフしていたが、これに限ったものではない。トランジスタMN6のドレイン電圧が入力されるコンパレータを設けて、コンパレータの出力によってトランジスタMN7をオンオフする構成としてもよい。 According to the second embodiment, the gate of the transistor MN7 is connected to the drain of the transistor MN6, and the transistor MN7 is turned off when the drain voltage drops below the threshold voltage Vthn. However, the present invention is not limited to this. . A comparator may be provided to which the drain voltage of the transistor MN6 is input, and the transistor MN7 may be turned on and off according to the output of the comparator.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について図3を参照して説明する。同図において、図2について上述した第2実施形態で既に説明した図2に示す出力回路1Bと同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the same figure, the same parts as those of the output circuit 1B shown in FIG. 2 already explained in the second embodiment described above with reference to FIG.

第2実施形態と第3実施形態とで大きく異なる点は、出力回路1Cは、複数(図3では2つ)のオープンドレインのトランジスタMN6、MN6Bを制御する点である。トランジスタMN6、MN6Bのドレインには抵抗RL、RLBが接続されている。即ち、第3実施形態の出力回路1Cは、複数の出力駆動部3、3Bを備えている。 A major difference between the second embodiment and the third embodiment is that the output circuit 1C controls a plurality of (two in FIG. 3) open-drain transistors MN6 and MN6B. Resistors RL and RLB are connected to the drains of the transistors MN6 and MN6B. In other words, the output circuit 1C of the third embodiment has a plurality of output drivers 3 and 3B.

図3においては、トランジスタMP3に並列に複数の出力駆動部3、3Bを構成するトランジスタMP4、MP4Bをミラー接続して、そのドレイン電流Idp3をそれぞれ抵抗R2、R2Bに供給する。これにより、電流生成部2としては1回路で済み、従来例のような出力回路を複数設けた場合に比べ、より一層簡単な回路構成となる。 In FIG. 3, transistors MP4 and MP4B constituting a plurality of output drive units 3 and 3B are mirror-connected in parallel to transistor MP3, and the drain current Idp3 is supplied to resistors R2 and R2B, respectively. As a result, only one circuit is required for the current generating section 2, and the circuit configuration is much simpler than in the case where a plurality of output circuits are provided as in the conventional example.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, number, location, etc. of each component in the above-described embodiment are arbitrary and not limited as long as the present invention can be achieved.

1A~1C 出力回路
2 電流生成部
3 出力駆動部
22 差動入力段
I1 電流源
MP3 トランジスタ(第5のMOSトランジスタ)
MP4 トランジスタ(第6のMOSトランジスタ)
MN1 トランジスタ(第3のMOSトランジスタ)
MN2 トランジスタ(第4のMOSトランジスタ)
MN4 トランジスタ(第2のMOSトランジスタ)
MN5 トランジスタ(第7のMOSトランジスタ)
MN6 トランジスタ(第1のMOSトランジスタ)
MN7 トランジスタ(第8のMOSトランジスタ)
R1 抵抗(第1の抵抗)
R2 抵抗(第2の抵抗)
1A to 1C output circuit 2 current generator 3 output driver 22 differential input stage I1 current source MP3 transistor (fifth MOS transistor)
MP4 transistor (sixth MOS transistor)
MN1 transistor (third MOS transistor)
MN2 transistor (fourth MOS transistor)
MN4 transistor (second MOS transistor)
MN5 transistor (seventh MOS transistor)
MN6 transistor (first MOS transistor)
MN7 transistor (eighth MOS transistor)
R1 resistor (first resistor)
R2 resistor (second resistor)

Claims (4)

出力端子にドレインが接続される第1のMOSトランジスタと、
ドレイン・ソースが前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソースに接続され、ゲートに前記第1のMOSトランジスタをオン又はオフにするための駆動信号が入力される第2のMOSトランジスタと、
ソースがお互いに電流源に接続され、ゲートアスペクト比が異なる第3のMOSトランジスタ及び第4のMOSトランジスタのゲートを差動入力段とするトランスコンダクタンスアンプと、第1の抵抗と、前記トランスコンダクタンスアンプの出力に応じた電流を前記第1の抵抗に供給する第5のMOSトランジスタと、を有し、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタのゲート間に前記第1の抵抗を接続することにより、前記トランスコンダクタンスアンプによる負帰還で定まる電流を前記第1の抵抗に流す電流生成部と、
前記第5のMOSトランジスタにゲートおよびソースがそれぞれ共通接続された第6のMOSトランジスタと、前記第6のMOSトランジスタにミラーされた前記第5のMOSトランジスタに流れる電流と等しい電流が供給される第2の抵抗およびドレイン・ゲートがダイオード接続された第7のMOSトランジスタと、を有し、前記第2の抵抗に発生する電圧降下と前記第7のMOSトランジスタのゲート・ソース電圧に応じた駆動電圧を前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソース間に供給する出力駆動部と、を備えた、
出力回路。
a first MOS transistor having a drain connected to an output terminal;
a second MOS transistor whose drain and source are connected to the gate and source of said first MOS transistor and whose gate receives a drive signal for turning on or off said first MOS transistor;
a transconductance amplifier having sources connected to each other to a current source and having gates of a third MOS transistor and a fourth MOS transistor having different gate aspect ratios as a differential input stage; a first resistor; and a fifth MOS transistor that supplies a current corresponding to the output of the first resistor to the first resistor, and the first resistor is connected between the gates of the third MOS transistor and the fourth MOS transistor. a current generation unit that causes a current determined by negative feedback from the transconductance amplifier to flow through the first resistor;
A sixth MOS transistor having a gate and a source commonly connected to the fifth MOS transistor and a current equal to the current flowing through the fifth MOS transistor mirrored by the sixth MOS transistor are supplied. 2 resistors and a seventh MOS transistor whose drain and gate are diode-connected, and a drive voltage corresponding to the voltage drop occurring in the second resistor and the gate-source voltage of the seventh MOS transistor. between the gate and source of the first MOS transistor,
output circuit.
請求項1に記載の出力回路において、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電圧が低下したときに前記出力駆動部から前記第1のMOSトランジスタのゲート・ソース間に供給する前記駆動電圧を遮断して前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を引き上げるスイッチをさらに備えた、
出力回路。
The output circuit of claim 1, wherein
When the drain voltage of the first MOS transistor is lowered, the drive voltage supplied between the gate and the source of the first MOS transistor from the output driver is cut off to reduce the gate voltage of the first MOS transistor. Equipped with a switch to pull up,
output circuit.
請求項2に記載の出力回路において、
前記スイッチは、ドレイン・ソースが前記第2の抵抗とグランドとの間に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続された第8のMOSトランジスタから構成される、
出力回路。
3. The output circuit according to claim 2,
The switch comprises an eighth MOS transistor having a drain-source connected between the second resistor and ground, and a gate connected to the drain of the first MOS transistor.
output circuit.
請求項1~3の何れか1項に記載の出力回路において、
前記第1のMOSトランジスタ及び前記出力駆動部が、複数設けられ、
複数の前記出力駆動部の前記第6のMOSトランジスタが1つの前記第5のMOSトランジスタにカレントミラー接続されている、
出力回路。
In the output circuit according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the first MOS transistors and the output drive section are provided,
the sixth MOS transistors of the plurality of output drive units are current-mirror-connected to one fifth MOS transistor;
output circuit.
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