JP2500985B2 - 基準電圧発生回路 - Google Patents

基準電圧発生回路

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JP2500985B2
JP2500985B2 JP4328657A JP32865792A JP2500985B2 JP 2500985 B2 JP2500985 B2 JP 2500985B2 JP 4328657 A JP4328657 A JP 4328657A JP 32865792 A JP32865792 A JP 32865792A JP 2500985 B2 JP2500985 B2 JP 2500985B2
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    • H03K17/145Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature in field-effect transistor switches
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    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基準電圧発生回路に関
し、特に電源電圧の変動の影響を受けないようにした安
定電圧発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路技術が発展している間に、チツ
プ上に電源電圧を供給するために種々の方法が用いられ
ていた。初期においては電源ラインが単純に直接種々の
回路要素に結合されていた。このようにすると電源の不
安定性に起因する問題が生じた。従つて種々の緩衝方法
(例えばデカツプリングコンデンサを用いる方法)が外
部電源を電源入力端から分離するために用いられてい
た。
【0003】さらに最近になると、これらの外部との適
応性とは別に、チツプ上に電源電圧を発生することがで
きるようにすることが必要となつた。その一例はダイナ
ミツクランダムアクセスメモリ(DRAM)にある。こ
の場合、DRAMセルが読出サイクルの終了時に完全に
「1」電位に復帰できるようにするためにブースト電圧
を発生することが必要である。かかるブースト電圧はマ
イクロプロセツサから供給できる高い電圧以上になる。
安定なブースト電圧を供給するためにこの種の装置は外
部電源電圧の変動の影響を受けない安定化入力電源を特
に必要とする。
【0004】米国特許第 4,451,744号は2つの縦続接続
されたダイオード接続FETを用いた電圧源を開示して
いる。第1のFETはVDDに接続されたソースを有
し、そのドレインが出力端に接続されている。第2のF
ETは出力端に結合されたソースを有すると共に、その
ドレインが接地に接続されている。第1のFETのゲー
トは接地に接続され、かつ第2のFETのゲートは第1
のFETのソースに接続されている。第1のFETはデ
プレツシヨン型FETでなり、かつ第2のFETはエン
ハンスメント型FETでなる。エンハンスメント型デバ
イス及びデプレツシヨン型デバイス間にはスレシヨルド
電圧の差があることによつて発生するダイオード電圧降
下の差が安定出力電圧を発生する。米国特許第 4,814,6
86号は基準電圧発生回路を開示しており、この回路にお
いて縦続ダイオード回路が他のダイオード回路に対して
入力電圧を供給し、2つの回路網が異なる入力電流を受
けることにより安定電源を提供する。
【0005】ダイオードの差を利用して電源変動にさら
に影響を受けないような出力を供給するようにした基準
電圧発生回路の他の例は米国特許第 4,064,448号、米国
特許第 4,317,045号、米国特許第 4,670,706号、米国特
許第 4,839,535号及びIBMテクニカルデイスクロージ
ヤバルテイン、Vol.32、No.9B 、1990年2月、4〜5頁
に開示されているデユアルポリシリコンMOSトランジ
スタに基づくシリコンバンドギヤツプ基準電圧発生回路
を含む。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の文献に開示され
た回路は比較的安定な電源を提供できるが、これらの電
源は全体として高いコストの装置になりかつ多重電流通
路をもつことになる結果、高い電源発熱量及びVDDの
実効許容誤差が低くなる。従つて電流通路を最少にしか
つ電源実効許容誤差を改善すると共に、外部電源の変動
に応動しないような比較的簡易な構成の基準電圧発生回
路が必要になつてきた。
【0007】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、デバイス数が少なく、電流通路が最少でありかつ外
部電源の変動に対する安定性を有する電圧発生源を提供
しようとするものである。
【0008】また本発明の他の目的は、低い電源電圧よ
り2V高い安定出力電圧レベル、または高い電源電圧よ
り2V低い電圧を発生するような回路を提供するもの
で、出力レベルが回路に対して比較的単純な変形をする
ことによつて出力レベルを変更することができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、出力ノードに安定出力電圧VOU
Tを発生するようになされた基準電圧発生回路におい
て、電源電圧に結合された第1の制御電極と、出力ノー
ドに結合された第2の制御電極と、第1及び第2の制御
電極の1つに結合されたゲート電極と、第1のスレシヨ
ルド電圧とを有する第1のFET(TPH2)と、バイ
アス電圧を発生するバイアス手段TPH1、TP1と、
バイアス手段TPH1、TP1に応答して第1のFET
(TPH2)の制御電極の1つにオーバードライブ電圧
を供給すると共に第1のスレシヨルド電圧より低い第2
のスレシヨルド電圧を有し、オーバードライブ電圧はバ
イアス電圧及び第2のスレシヨルド電圧間の差と等価で
あり、第1のFET(TPH2)と共に電源電圧から第
1のスレシヨルド電圧とオーバードライブ電圧との和と
等価な電圧だけオフセツトされた電圧に出力ノードを駆
動する第1の手段TP2とを設けるようにする。
【0010】
【作用】本発明の上述の目的及び他の目的は、オーバー
ドライブ電流を発生するFET(TP2)に結合された
ダイオード結合スレシヨルドFET(TPH2)を適用
した回路によつて実現されるもので、この回路は高いス
レシヨルドとオーバードライブ電流の電圧との和に等し
い量だけ電源電圧からオフセツトされるような電圧を出
力する。本発明の第1の実施例においては、電流は低い
電源電圧よりも2V高い電圧レベルを出力するように構
成され、この回路は高い電源電圧より2V低い電圧レベ
ルを出力するように構成されている。いずれの場合にお
いてもオーバードライブを生じるFETに対するゲート
バイアスを制御し、かつ複数の高スレシヨルド電圧Vt
をもつFETを選択することによつて相互コンダクタン
スの整合をとることにより電圧レベルが調整される。
【0011】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0012】図1は本発明による基準電圧発生回路の第
1の実施例を示す。図示された回路において、符号
「P」を含む符号が付されたすべてのトランジスタはP
型FET(すなわちPFET)であり、かつ符号「N」
を含む符号が付されたすべてのトランジスタはN型FE
T(すなわちNFET)である。また符号「H」を含む
符号を有するトランジスタは、回路内の他のP型FET
よりも高いスレシヨルド電圧を有するP型FET(これ
を高スレシヨルド電圧Vt型PFETと呼ぶ)である。
スレシヨルド電圧のこのような相違は幾多の方法の何れ
によっても得ることができるが、本発明においては、各
P型FETのゲート電極として異なる仕事関数をもつ材
料(例えばn注入及びp注入型ポリシリコン)を用いる
ことが望ましい。またスレシヨルドのこの差は、高スレ
シヨルド電圧Vt型PFETのチヤネル領域内に追加の
n型表面注入を導入することによつて生じさせることが
できる。いずれの場合においても高Vt型PFETは分
離N型ウエル領域内に形成される。或る場合には、ウエ
ル領域のバイアスは、ドレイン電極の1つからデバイス
のチヤネル領域に延長するデバイス基準ラインによつ
て、表わされる。実際上図1〜図3に示すすべてのPF
ETは各ソース電極の電位にバイアスされたウエル内に
配設されている。
【0013】回路の第1脚はデバイスTPH1、TP1
及びTN1によつて構成されている。デバイスTN1は
電源VDD(= 3.3V)に接続されたゲートを有し、第
1の脚回路部に対する電流源として動作する。デバイス
TPH1及びTP1のゲートはデバイスTP1のドレイ
ン及びデバイスTN1のドレインの間に接続され、デバ
イスTP1のソースはTPH1のドレインに接続されて
いる。デバイスTPH1のソースは電源VDDに接続さ
れている。TPH1及びTP1はほぼ同じほぼ相互コン
ダクタンス(すなわち例えばドーピング、領域、電荷移
動度などのチヤネル特性と、例えばゲート酸化層の厚み
などのゲート特性との積でなる電流キヤリ特性)を有す
る。かくしてデバイスTPH1及びTP1はデバイスT
N1からデバイスTPH1及びTP1を通つて流れるの
と同じ電流(ほぼ5〔mA〕)を有する。
【0014】デバイスTPH1及びTP1はデバイスT
N1によつて誘導された電流によつて飽和領域で動作す
る。デバイスTN1によつて5〔mA〕の電流が誘導され
たとき、デバイスTPH1及びTP1はそれぞれ各スレ
シヨルド電圧と等価なダイオード電圧降下を両端に生ず
る。デバイスTPH1のスレシヨルド電圧はほぼ 1.6V
であり、かつデバイスTP1のスレシヨルド電圧はほぼ
0.6Vである。かくしてデバイスTPH1のソース及び
そのゲート(すなわちゲートはデバイスTPH1のドレ
インに互いに接続されているので、デバイスTP1のド
レイン)との間の電圧降下が、デバイスTPH1のスレ
シヨルド電圧Vt、すなわち 1.6Vになり、かつデバイ
スTP1のソース及びドレイン間の電圧降下は 0.6V、
すなわちデバイスTP1のスレシヨルド電圧Vtにな
る。このような場合デバイスTP1のソース電圧はVD
D+(− 1.6)+ 0.6、すなわちVDD−1Vになる。
デバイスTP1のソース電圧は本発明による回路の第2
の脚回路部のデバイスTP2のゲート電極をバイアスす
る。
【0015】ここで注意して欲しいのは、上述の場合電
源電圧VDDがほぼ一定の安定状態にあることである。
例えば電源VDDがわずかに増大すれば、デバイスTN
1によつて供給される電流は増大し、デバイスTPH1
及びTP1のオーバードライブはこれに応じて増大す
る。しかしながらデバイスTPH1及びTP1のオーバ
ードライブは互いに補償し合い、その結果デバイスTP
1のソースに電源電圧VDDの変動の影響を受けないよ
うな一定の電圧VDD−1が得られる。
【0016】本発明の第1実施例の基準電圧発生回路の
第2の脚回路部(すなわち出力側脚回路部)はデバイス
TP2のゲートの電圧VDD−1を接地電位より2Vだ
け高いの出力電圧に変換する。出力側脚回路部はデバイ
スTP2を含み、このデバイスTP2は電源電圧VDD
に結合されたソースと、出力ノードに結合されたドレイ
ンとを有し、またデバイスTPH2は接地に結合された
ゲート及びドレインを有すると共に、そのソースが出力
ノードに結合されている。デバイスTP2のゲートは電
圧VDDより1V低い電圧であり、厳密に言えば、ソー
ス及びゲートが同じ電圧ではないので、ダイオード接続
されているわけではない。しかしながらデバイスのゲー
トに供給される電圧が一定であるので、トランジスタが
ドレインに電流を流すことにより、飽和領域で動作す
る。この電流は上述の第1の脚回路部と同様にしてデバ
イスTPH2及びTP2がほぼ同じ相互コンダクタンス
をもつようになされるので、デバイスTPH2に同じオ
ーバードライブ動作を生じさせる。デバイスTP2のゲ
ートの電圧は1Vだけ電源より低くかつデバイスTP2
のスレシヨルド電圧は 0.6Vであるので、デバイスTP
H2に対するオーバードライブ電圧は 1.0− 0.6V、す
なわち 0.4Vの電圧になる。
【0017】上述したようにデバイスTP2の電圧が
0.6Vであると共に、デバイスTPH2は 1.6Vのスレ
シヨルド電圧をもち、かつダイオード構成に接続されて
いるので、VOUTの電圧は 1.6V+ 0.4V、すなわち
接地より2Vだけ高い電圧になる。ここで注意して欲し
いのは、デバイスTPH1の両端間の電圧降下はダイオ
ード特性及びオーバードライブ供給であることにより、
出力電圧は電源電圧VDDの影響を受けないことであ
る。
【0018】本発明の第2の実施例を図2に示す。図1
のように、接地より2Vだけ高い電圧を供給することに
代え、図2の回路は電源電圧VDDより2V低い出力電
圧VOUT1を供給する。デバイスTPH1、TP1及
びTN1は図1について上述したデバイスと同じであ
り、これによりラインAの電圧は図1の回路の第1の脚
回路部の出力VDDより1V低くなつている。デバイス
TP3及びTPH3、並びにデバイスTN2及びTN3
は同じ相互コンダクタンスを有し、デバイスTN2及び
TN3のゲートが互いに接続されていることにより、当
該デバイスTN2及びTN3はカレントミラー機能を与
える。その結果として図2の回路の第2及び第3の脚回
路部の電流は同じになる。従つてデバイスTPH3は図
1のデバイスTPH2が動作した時と同じドライブ電圧
を送出し、これにより 0.4Vのオーバードライブ電圧と
1.5Vのダイオード降下電圧との和の電圧をデバイスT
PH3の両端に生ずる。しかしながらデバイスTPH3
は高い電源電圧VDDに結合されているので、出力VO
UT1は電源電圧VDDより2V低くなる(すなわち電
源電圧VDDが 3.3Vのとき 1.3Vになる)。図1の場
合は接地電位より2V高くなるが、この場合は電源電圧
より2V低くなる。
【0019】図3は図1に示す回路の第2の脚回路部の
変形例を示す。図1において、デバイスTPH2の両端
に所望の電圧降下を発生させるためには、デバイスTP
H2及びTP2の相互コンダクタンスができる限り類似
していることが重要である。上述したように、相互コン
ダクタンスはチヤネル領域に影響を与える多くの製造条
件の関数である。従つて単一のデバイスTPH2を用い
ることに代えて、複数のデバイスTPH2A、TPH2
B及びTPH2Cを用意する。多くの周知技術の1つを
用いてこれらのデバイスの相互コンダクタンスに互いに
僅かな差異があるようにデバイスを製造するようにし、
本発明においてはこの差異は各デバイスの幅対長さ比を
変更することによつて実現される。デバイスTPH2
A、TPH2B及びTPH2Cの任意の1つが、第1レ
ベルの金属層から出力ノードすなわち他の電圧へのコン
タクトを形成している間に、他のデバイスをマスキング
することにより、又は各デバイスのソース電極及び出力
電圧VOUT間に設けられたヒユーズを選択的に飛散さ
せることにより、選択される(これにより例えば選択さ
れたデバイスだけが接地、デバイスTP2及び出力電圧
VOUT回路要素のすべてに結合される)。
【0020】またこの技術は図2に示す本発明の実施例
にも図3に示すデバイスTPH2A、TPH2B及びT
PH2Cと同じ方法で電源電圧VDD及び出力電圧VO
UT1間にさらに多くのデバイスTPH3A、TPH3
B及びTPH3Cを単純に付加することによつて適用す
ることができる。
【0021】かくして本発明によれば、いずれかの電源
電位から2Vだけオフセツトした安定化電圧が発生さ
れ、これにより電源電位が変化しても出力が相対的に変
動を受けなくなる。本発明の特徴は比較的単純な変更を
するだけで、安定性及び本発明の所望の特徴を傷つける
ことなく出力電圧レベルの変更をなし得ることである。
例えば一段と大きいダイオード電圧降下を加えることに
よつて第1の脚回路部を変更することにより、電源電圧
VDDに対するデバイスTP2のゲートに対するバイア
スを変更することにより、デバイスTPH2に対するオ
ーバードライブ、従つて出力電圧を変更できる。電源電
圧VDD及び接地以外の電圧(例えば4Vのブーストワ
ードライン電圧)が回路に供給されることにより、出力
電圧は当該電圧から2Vオフセツトした電圧(例えばブ
ースト電圧から2V低い電圧)になる。またデバイスT
P2と同様にしてデバイスTPH2に対するゲートバイ
アスが接地に対して変更されてデバイスTPH2によつ
て示されるオーバードライブを変更するようにできる。
デバイスの相互コンダクタンスを必要に応じて変更する
ことにより出力電圧を変更することができる。これらの
ラインに沿つて他の変更をすれば、図示の回路に対して
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく他の変更をな
し得る。
【0022】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、入力端子
及び出力端子間に設けたデバイスの相互関数を必要に応
じて変更することにより、電源電圧の変動の影響を受け
ることなく電源電圧に対してオフセツトした電圧を有す
る安定な出力電圧を送出することができるような基準電
圧発生回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施例を示す接続図であ
る。
【図2】図2は本発明の第2の実施例を示す接続図であ
る。
【図3】図3は図1に示す本発明の実施例に対する変形
例を示す接続図である。
【符号の説明】
TP1〜TP3、TPH1〜TPH3、TN1〜TN
3、TPH2A〜TPH2C……デバイス、VDD……
電源電圧、VOUT、VOUT1……出力電圧。
フロントページの続き (72)発明者 ラツセル・ジエームス・ホートン アメリカ合衆国、バーモント州05452、 エセツクス・ジヤンクシヨン、オール ド・ステージ・ロード 310番地 (56)参考文献 特開 昭63−211414(JP,A) 特開 昭61−67118(JP,A) 特開 昭62−157921(JP,A) 実開 昭58−5198(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力ノードに安定化電圧を発生する基準電
    圧発生回路において、 バイアスノードにバイアス電圧を発生するバイアス手段
    であつて、電流源と、第1電圧電源と、上記第1電圧電
    源及び上記電流源間に直列に結合されかつ相互接続点を
    上記バイアスノードに結合しかつゲート電極を互いに接
    続して上記電流源に結合しかつ上記バイアスノードに対
    して上記第1電圧電源から第1の定電圧だけオフセツト
    した上記バイアス電圧を与える第1及び第2の電界効果
    トランジスタとを有するバイアス手段と、 上記第1の定電圧より小さい第1のスレシヨルド電圧及
    び第1の相互コンダクタンスを有すると共に、第1の電
    圧電源に接続された第1の被制御電極と、上記バイアス
    ノードに結合されたゲート電極と、上記出力ノードに結
    合された第2の被制御電極とを有し、飽和領域で動作す
    る第3の電界効果トランジスタと、 絶対値が上記第1のスレシヨルド電圧を越える第2のス
    レシヨルド電圧及び上記第1の相互コンダクタンスとほ
    ぼ等価な第2の相互コンダクタンスを有すると共に、上
    記出力ノードに結合された第1の被制御電極と、第2の
    電圧電源に結合された第2の被制御電極と、上記被制御
    電極の1つに結合されたゲート電極とを有する第4の電
    界効果トランジスタと を具え、上記第3及び第4の電界効果トランジスタは上
    記バイアスノードによってオーバドライブされることに
    より上記出力ノードを上記第2のスレシヨルド電圧と上
    記オーバードライブ電圧との和の電圧と等価な電圧だけ
    上記第2の電源電圧からオフセツトした電圧に駆動する
    ことを特徴とする基準電圧発生回路。
  2. 【請求項2】出力ノードに安定化電圧を発生する基準電
    圧発生回路において、 バイアスノードにバイアス電圧を発生するバイアス手段
    であつて、電流源と、第1電圧電源と、上記第1電圧電
    源及び上記電流源間に直列に結合されかつ相互接続点を
    上記バイアスノードに結合しかつゲート電極を互いに接
    続して上記電流源に結合しかつ上記バイアスノードに対
    して上記第1電圧電源から第1の定電圧だけオフセツト
    した上記バイアス電圧を与える第1及び第2の電界効果
    トランジスタとを有するバイアス手段と、 上記バイアスノードに結合されたゲート電極と、上記第
    1電圧電源に結合された第1の被制御電極と、第2の被
    制御電極とを有する第3の電界効果トランジスタであっ
    て、第1のスレシヨルド電圧を有し、その第2の被制御
    電極に上記バイアス電圧と上記第1のスレシヨルド電圧
    との差に等しい電圧を生じさせるものと、 上記第1の
    電圧電源に結合された第1の被制御電極と、共に出力ノ
    ードに結合されたゲート電極及び第2の被制御電極とを
    有する第4の電界効果トランジスタであって、上記第1
    のスレシヨルド電圧より大きな第2のスレシヨルド電圧
    を有するものと、 相互に接続されたゲート電極を有する第5及び第6の電
    界効果トランジスタより成る電流ミラー回路であって、
    該第5及び第6の電界効果トランジスタはほぼ同じ相互
    コンダクタンスを有し、上記第5の電界効果トランジス
    タは上記第2の電圧電源と上記第3の電界効果トランジ
    スタの第2の被制御電極との間に接続され、上記第6の
    電界効果トランジスタは上記第2の電圧電源と上記出力
    ノードとの間に接続されて上記第4の電界効果トランジ
    スタに上記第3の電界効果トランジスタを流れる電流と
    ほぼ同じ大きさの電流を生じさせるものと、 を具える基準電圧発生回路。
JP4328657A 1991-12-17 1992-11-14 基準電圧発生回路 Expired - Lifetime JP2500985B2 (ja)

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