JP2524443B2 - On-chip voltage adjustment circuit - Google Patents

On-chip voltage adjustment circuit

Info

Publication number
JP2524443B2
JP2524443B2 JP3350668A JP35066891A JP2524443B2 JP 2524443 B2 JP2524443 B2 JP 2524443B2 JP 3350668 A JP3350668 A JP 3350668A JP 35066891 A JP35066891 A JP 35066891A JP 2524443 B2 JP2524443 B2 JP 2524443B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
circuit
differential amplifier
int
vcc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3350668A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06169565A (en
Inventor
チ・リァン・チェン
サン・ホー・ドン
ヒュン・ジョン・シン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/626,683 external-priority patent/US5116120A/en
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPH06169565A publication Critical patent/JPH06169565A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2524443B2 publication Critical patent/JP2524443B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Dram (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、ソース・フォ
ロワとして動作する直列調整素子に結合された差動増幅
器を含む内部のオンチップ調整器回路の新しい昇圧(ブ
ースト)電源に関する。より詳しくは、本発明に従って
電圧ポンプ回路が設けられ、差動増幅器のブースト電源
が構築される。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to a new boost power supply for an internal on-chip regulator circuit that includes a differential amplifier coupled to a series regulator acting as a source follower. More specifically, a voltage pump circuit is provided according to the present invention to build a boost power supply for a differential amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOS技術によってゲートの長さが縮
小するにつれて、絶縁破壊、突抜け現象に関連した問
題、及び(又は)ホットキャリアに関連した問題を避け
るために電源電圧を下げる必要がある。しかしながら、
システム電源は(予見しうる将来において)基準レベ
ル、例えば、5 V 又は 3.3/3.6 V に留まる傾向にある
ので、容易に外部電源電圧を下げることはできない。こ
れらの要求を満たす1つの方法は、システム電源及びス
ケーリングされた内部電源の間の差に等しいドロップア
ウト電圧を有するオンチップ電圧調整器を用いることで
ある。典型的なCMOSオンチップ調整器回路はソース
・フォロワ・モードで動作する差動増幅器及び直列調整
素子から成る。しかしながら、これらの回路は小さなド
ロップアウトの使用、例えば3.3/3.6乃至2.5 V 変換に
は不適であり、且つ不十分な電源排除による問題も生じ
る。
2. Description of the Related Art As CMOS technology shrinks the gate length, it is necessary to lower the power supply voltage to avoid problems associated with dielectric breakdown, punch-through, and / or hot carriers. However,
Since the system power supply tends to stay at the reference level (in the foreseeable future), eg 5 V or 3.3 / 3.6 V, the external power supply voltage cannot be easily reduced. One way to meet these requirements is to use an on-chip voltage regulator with a dropout voltage equal to the difference between the system power supply and the scaled internal power supply. A typical CMOS on-chip regulator circuit consists of a differential amplifier and a series regulator operating in source follower mode. However, these circuits are unsuitable for use with small dropouts, eg, 3.3 / 3.6 to 2.5 V conversion, and also suffer from poor power supply rejection.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的は
ソース・フォロワとして動作する直列調整素子に結合さ
れた差動増幅器を含み前記差動増幅器のブースト電源は
電圧ポンプ回路を設けて構築する内部のオンチップ調整
器回路の新しいブースト電源を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to include a differential amplifier coupled to a series regulating element acting as a source follower, wherein the boost power supply of said differential amplifier is internally constructed by providing a voltage pump circuit. Is to provide a new boost power supply for the on-chip regulator circuit.

【0004】更に本発明の目的はソース・フォロワ回路
に結合された差動増幅器を含む内部のオンチップ調整器
回路のブースト電源構造及び差動増幅器のブースト電源
を構築するための電圧ポンプにパルスを供給するリング
発振器を含む電圧ポンプ回路を提供することである。
It is a further object of the present invention to pulse an internal on-chip regulator circuit boost power supply structure including a differential amplifier coupled to a source follower circuit and a voltage pump for constructing the boost power supply of the differential amplifier. It is to provide a voltage pump circuit including a supply ring oscillator.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は前述の従来の技
術の回路に関連した問題を解決するnウェルCMOS技
術の回路の新しいオンチップ電圧調整器を提供する。こ
の新しい回路はソース・フォロワとして動作する直列調
整素子のゲートでの電圧を上げるために昇圧技術を利用
し且つ電源排除についても改善する。更に、これらの回
路は直列調整素子のゲートでの負電圧スイングを制限し
且つ電圧調整回路のセトリング(整定)時間を改善する
ためにクランプ・ダイオードを用いることが望ましい。
前記新しい手法はBiCMOS電圧調整器ならびにnウ
ェルCMOS回路に適用することができる。前記開示さ
れた回路において、差動増幅器は相補形pチャネルFE
Tデバイス及びnチャネルFETデバイスを含み、電圧
ポンプ回路のブースト電源は前記pチャネルFETデバ
イスに結合される。
The present invention provides a new on-chip voltage regulator for an n-well CMOS technology circuit that solves the problems associated with the prior art circuits described above. This new circuit utilizes boost technology to raise the voltage at the gate of the series regulator, which acts as a source follower, and also improves power supply rejection. Further, these circuits preferably use clamp diodes to limit the negative voltage swing at the gate of the series regulator and to improve the settling time of the voltage regulator.
The new approach can be applied to BiCMOS voltage regulators as well as n-well CMOS circuits. In the disclosed circuit, the differential amplifier is a complementary p-channel FE.
A boost power supply for the voltage pump circuit is coupled to the p-channel FET device including a T-device and an n-channel FET device.

【0006】昇圧手法を用いる本発明のオンチップ調整
器回路は、小さなドロップアウト電圧調整器への応用に
よく適合し、より小さい外部電源感度を有し、フィード
バック・ループのセトリング(整定)時間を改善するク
ランプ・ダイオードを用い、そして静的又は動的に制御
されるポンプ回路を利用する。
The on-chip regulator circuit of the present invention using the boost technique is well suited for small dropout voltage regulator applications, has less external power supply sensitivity, and provides feedback loop settling time. Using an improved clamp diode and utilizing a statically or dynamically controlled pump circuit.

【0007】幾つかの良好な実施例では、電圧ポンプ及
びリング発振器は静的電圧ポンプ及びリング発振器回路
を含む。代りに、電圧ポンプ及びリング発振器は動的に
制御された電圧ポンプ及びリング発振器回路を含むこと
があり、動的に制御された電圧ポンプ及びリング発振器
回路はインバータを介してソース・フォロワのゲートに
結合された追加の差動増幅器からフィードバックする際
に電圧制御される。
In some preferred embodiments, the voltage pump and ring oscillator comprises a static voltage pump and ring oscillator circuit. Alternatively, the voltage pump and ring oscillator may include a dynamically controlled voltage pump and ring oscillator circuit, the dynamically controlled voltage pump and ring oscillator circuit being coupled to the gate of the source follower via an inverter. It is voltage controlled in the feedback from the additional differential amplifier coupled.

【0008】より詳しくは、1つの実施例において、電
圧ポンプはp拡散によりn拡散ウェルに作られたpnダ
イオードを含む。もう1つの実施例では、電圧ポンプ回
路は差動増幅器の電気的なロードとして結合される。
More particularly, in one embodiment, the voltage pump comprises a pn diode made in the n diffusion well by p diffusion. In another embodiment, the voltage pump circuit is coupled as an electrical load for the differential amplifier.

【0009】[0009]

【実施例】CMOS技術によってゲートの長さがスケー
ルダウンされるにつれて、絶縁破壊、突抜け現象、及び
(又は)ホットキャリアに関連した問題を避けるために
電源電圧を下げる必要がある。しかしながら、システム
電源は(予見しうる将来において)基準レベル、例え
ば、5 V 又は 3.3/3.6 V に留まる傾向にあるので、外
部電源電圧は容易に下げることはできない。これらの要
求を満たす1つの方法は、システム電源及びスケーリン
グされた内部電源の間の差に等しいドロップアウト電圧
を有するオンチップ電圧調整器を用いることである。
DETAILED DESCRIPTION As gate lengths are scaled down by CMOS technology, it is necessary to reduce the supply voltage to avoid problems associated with breakdown, punchthrough, and / or hot carriers. However, since the system power supply tends to stay at the reference level (in the foreseeable future), eg 5 V or 3.3 / 3.6 V, the external power supply voltage cannot be easily lowered. One way to meet these requirements is to use an on-chip voltage regulator with a dropout voltage equal to the difference between the system power supply and the scaled internal power supply.

【0010】下記の回路の説明において、MP1のよう
なデバイスは、全てが通常のソース、ドレーン及びゲー
トを有するpチャネルFETを指す。VTpoのような表示
はボディ効果がないときのpチャネルFETのしきい電
圧を指すが、VTn のような表示はソースが接地即ち0ボ
ルトではないときのnチャネルFETのしきい電圧を指
す。VCCはシステム電源である。VREFは所望のV
DD(INT)の値で供給される基準電圧でありVDD
(INT)を発生させるために用いる。VSSは基板の電
圧であり、VWはノードWの電圧である。VDはダイオード
接合を横切る電圧降下である。VCC(INT)は差動増
幅器の電源として本発明に従って昇圧される内部ブース
ト電圧である。
In the circuit description below, a device such as MP1 refers to a p-channel FET, which all have conventional sources, drains and gates. An indication such as V Tpo refers to the threshold voltage of the p-channel FET when there is no body effect, while an indication such as V Tn refers to the threshold voltage of the n-channel FET when the source is not ground or 0 volts. . VCC is the system power supply. VREF is the desired V
It is the reference voltage supplied by the value of DD (INT) and VDD
Used to generate (INT). VSS is the substrate voltage and VW is the node W voltage. V D is the voltage drop across the diode junction. VCC (INT) is an internal boost voltage boosted according to the present invention as a power supply for a differential amplifier.

【0011】図1はソース・フォロワ・モードで動作す
る差動増幅器及び直列調整回路素子を含む従来の技術の
典型的なCMOSオンチップ電圧調整器回路を示す。図
1に示すように、典型的なCMOSオンチップ電圧調整
器回路はソース・フォロワ・モードで動作する差動増幅
器(MN2-MN4及びMP1-MP2)及び直列調整素子
(MN1)から成る。差動増幅器回路において、pチャネ
ル・デバイス及びnチャネル・デバイスは通常の相補形
に配列される。ノードYの最大レベルはVCCであるの
で、この調整器はMN1のしきい電圧であるVTn の最小
ドロップアウト電圧(=VCC−VCC(INT))を有す
る。(例えば、デプレション形デバイスの)固有のしき
い注入のない2.5 V のnウェル技術の場合、VTn はおよ
そ1 Vである。出力電圧が一時的に低下すると、フィー
ドバック・ループを正しく動作させるために電圧の頭上
スペースの追加が必要であり、この回路は 3.3/3.6 V
か2.5 V への変換のような小さなドロップアウトに使用
するのにはうまく適合しない。この回路のもう1つの問
題はノードYにおける電源排除が不十分なことである。
従って、ノードYに現われるVCC変動は次にVDD
(INT)に現われ、少し減少する。これらの問題は直列
素子MN1のPMOSFETを用いて解決することがで
きるが、外乱後にVDD(INT)をVREFに復元する
回路応答は遅くなる。VDD(INT)がVREFよりも
高いとき、この回路はノードYに大きな負電圧スイング
(例えば、VY,min = VW)も生じる。VYがVDD(IN
T)+VTnよりも低い限りMN1はオフになるので、不必
要に大きなスイングは回路のセトリング(整定)時間を
遅くする。
FIG. 1 illustrates a typical prior art CMOS on-chip voltage regulator circuit including a differential amplifier and a series regulator circuit element operating in source follower mode. As shown in FIG. 1, a typical CMOS on-chip voltage regulator circuit has a differential amplifier (MN2-MN4 and MP1-MP2) operating in source follower mode and a series regulator.
(MN1). In differential amplifier circuits, p-channel and n-channel devices are arranged in the usual complementary fashion. Since the maximum level at node Y is VCC, this regulator has a minimum dropout voltage of VTn (= VCC-VCC (INT)) which is the threshold voltage of MN1. For a 2.5 V n-well technology without intrinsic threshold injection (eg, for depletion mode devices), V Tn is approximately 1 V. If the output voltage drops temporarily, additional voltage overhead space is required for the feedback loop to operate properly. This circuit is 3.3 / 3.6 V
It doesn't fit well for use in small dropouts such as conversions to 2.5V. Another problem with this circuit is inadequate power rejection at node Y.
Therefore, the VCC fluctuation appearing at node Y is
Appears in (INT) and decreases a little. Although these problems can be solved by using the PMOSFET of the series element MN1, the circuit response for restoring VDD (INT) to VREF after a disturbance becomes slow. When VDD (INT) is higher than VREF, this circuit also causes a large negative voltage swing at node Y (eg, V Y, min = V W ). V Y is VDD (IN
Since MN1 is off as long as it is below T) + V Tn , an unnecessarily large swing slows down the settling time of the circuit.

【0012】本発明は図1の回路に関連した問題を解決
するnウェルCMOS技術の新しいオンチップ電圧調整
器を提供する。新しい回路は昇圧技術を利用してMN1
のゲート電圧を上げて電源排除を改善する。開示された
回路の中には、クランプ・ダイオードを用いてノードY
の負電圧スイングを制限することが望ましいものもあ
る。新しい手法はBiCMOS電圧調整器にも適用する
ことができる。この場合、高利得を有するバイポーラ・
トランジスタを用いて性能を向上させることができる。
回路の微細な部分は個々の使用例によって異なるかも知
れない。クランプ・ダイオードを持つ新しい回路では、
最大ドロップアウト電圧は VTn+|VTp|よりも小さくそ
れに近いものと仮定する。
The present invention provides a new on-chip voltage regulator in n-well CMOS technology that solves the problems associated with the circuit of FIG. The new circuit uses boost technology to make MN1
Improve the power supply rejection by raising the gate voltage of. In some of the disclosed circuits, a clamp diode is used to provide node Y
In some cases it is desirable to limit the negative voltage swing of The new approach can also be applied to BiCMOS voltage regulators. In this case, a bipolar
Transistors can be used to improve performance.
The subtleties of the circuit may vary depending on the particular application. In a new circuit with a clamp diode,
The maximum dropout voltage is assumed to be less than and close to V Tn + | V Tp |.

【0013】図2Bは差動増幅器のブースト電源を構築
するために電圧ポンプ回路を利用し且つノードYの負電
圧スイングを制限するクランプ・ダイオードも含む本発
明の小さなドロップアウト電圧調整器回路の部分的なブ
ロック図をおおまかに示す。クランプ・ダイオードはド
ロップアウト電圧を増すために、もし必要なら、直列に
スタックすることができる。
FIG. 2B shows a portion of the small dropout voltage regulator circuit of the present invention which utilizes a voltage pump circuit to build a boost power supply for a differential amplifier and also includes a clamp diode which limits the negative voltage swing at node Y. A schematic block diagram is shown roughly. The clamp diodes can be stacked in series if desired to increase the dropout voltage.

【0014】図2Aは差動増幅器のブースト電源を構築
するためにリング発振器を含み且つクランプ・ダイオー
ドも含む電圧ポンプ回路の第1の実施例を詳細に示す。
図1の回路と比較して、図2Aに示す回路は、差動増幅
器のブースト電源VCC(INT)を構築する、VCC
から電源が供給されるリング発振器を含む電圧ポンプ回
路(MP4-MP6、CPUMP1-CPUMP2、CS
TORE)、及びノードYの負電圧スイングを制限する
p-MOSFETを特徴とする。リング発振器は電圧ポン
プ回路のパルスを供給するために利用されるが、代替の
実施例では、代りにクロック即ち水晶発振器のような他
のパルス源を利用することがある。リング発振器は5段
配列のインバータ(図6に相補形の上部p-デバイス及び
下部n-デバイスとして詳細に示す)として示されるが、
代替実施例では3段、4段又は他の段数を用いることが
ある。電圧ポンプは典型的な回路であり、MP6はダイ
オードとして作用してCPUMP2をある電圧まで充電
し、MP5はダイオードとして作用してCPUMP1を
CPUMP2における前記電圧よりも高い電圧まで充電
し、そしてMP4はダイオードとして作用してCSTO
REをCPUMP1における前記電圧よりも高い電圧、
即ちVCC(INT)まで充電する。図2Aにおいて、電
圧ポンプは2段階の電圧ポンプとして示されているが、
他の実施例では、異なる段階数の電圧ポンプが使用され
ることもある。
FIG. 2A details a first embodiment of a voltage pump circuit that includes a ring oscillator and also includes a clamp diode to build a boost power supply for a differential amplifier.
Compared to the circuit of FIG. 1, the circuit shown in FIG. 2A builds the boost power supply VCC (INT) of the differential amplifier, VCC.
Voltage pump circuit (MP4-MP6, CPUMP1-CPUMP2, CS)
And the negative voltage swing of node Y.
It features a p-MOSFET. Although a ring oscillator is used to provide the pulses for the voltage pump circuit, alternative embodiments may instead utilize other pulse sources such as clocks or crystal oscillators. The ring oscillator is shown as a five-stage array of inverters (shown in detail as complementary upper p-device and lower n-device in FIG. 6),
Alternate embodiments may use three, four, or other number of stages. A voltage pump is a typical circuit where MP6 acts as a diode to charge CPUMP2 to a certain voltage, MP5 acts as a diode to charge CPUMP1 to a voltage higher than the voltage at CPUMP2 and MP4 is a diode. Acting as CSTO
RE is a voltage higher than the above voltage in CPUMP1,
That is, it is charged up to VCC (INT). In FIG. 2A, the voltage pump is shown as a two-stage voltage pump,
In other embodiments, different numbers of stages of voltage pumps may be used.

【0015】NMOSダイオードは深刻なボディ効果に
より電圧降下が大きくなることがあるので、ダイオード
電圧降下を小さくするために回路はポンプ回路内のダイ
オードにp-MOSFETを用いることが望ましい。これ
らのp-MOSFETのウェルは通常の動作では最高の電
圧(即ち、VCC(INT))のノードに結合する必要があ
る。よって、電力が上向きのときポンプ回路が作用する
前に、MP6及びMP3のソースにおけるpn接合は順方
向にバイアスされ、VCC(INT)はVCC−VDから
始まる。これは電圧をVCC(INT)に高める時間を
短くする。寄生基板pnp の利得は十分に低くすべきであ
り、ラッチアップ(latch-up)を阻止するために回路は慎
重にレイアウトする必要がある。
Since an NMOS diode may have a large voltage drop due to a serious body effect, it is desirable that the circuit uses a p-MOSFET for the diode in the pump circuit in order to reduce the diode voltage drop. The wells of these p-MOSFETs should be tied to the highest voltage node (ie, VCC (INT)) for normal operation. Thus, before powering the pump circuit when power is upwards, the pn junctions at the sources of MP6 and MP3 are forward biased and VCC (INT) begins at VCC-VD. This shortens the time to raise the voltage to VCC (INT). The gain of the parasitic substrate pnp should be low enough and the circuit needs to be carefully laid out to prevent latch-up.

【0016】差動増幅器はブースト電源VCC(IN
T)(>VCC)から動作するので、MN1のゲート
(ノードY)は図1の回路の場合よりも高い電圧で駆動
される。従って、新しい回路は小さなドロップアウト電
圧調整にうまく適合する。更に、VCCの高周波ノイズ
は昇圧されたノードVCC(INT)から減結合される
から、ノードYにおける電源排除は改善される。ノード
Yの低いレベルはクランプ・ダイオードMP3によりV
CC−|VTp| に制限されるので、フィードバック・ル
ープ(差動増幅器とMN1の組合せ)のセトリング(整
定)時間は短くなる。
The differential amplifier is a boost power supply VCC (IN
T) (> VCC), the gate of MN1 (node Y) is driven with a higher voltage than in the circuit of FIG. Therefore, the new circuit is well suited for small dropout voltage regulation. Further, the high frequency noise on VCC is decoupled from the boosted node VCC (INT), thus improving the power supply rejection at node Y. The low level of the node Y is V due to the clamp diode MP3.
Being limited to CC- | V Tp |, the settling time of the feedback loop (combination of differential amplifier and MN1) is short.

【0017】図3は図2Aの電圧ポンプ回路の代りにn
ウェルの中にP拡散により作ることができるpnダイオー
ドを利用する本発明の小さなドロップアウト電圧調整器
回路の第2の実施例を示す。もし低インピーダンスのダ
イオードが必要ならば、MP4-MP6 の代りに、図3
に示すように、p拡散とnウェルの間のpnダイオードを
電圧ポンプ回路として用いることができる。
FIG. 3 shows that the voltage pump circuit of FIG.
2 shows a second embodiment of a small dropout voltage regulator circuit of the present invention utilizing a pn diode that can be made by P diffusion in the well. If low impedance diodes are needed, replace MP4-MP6 with Figure 3
As shown in, a pn diode between the p diffusion and the n well can be used as a voltage pump circuit.

【0018】図2A及び図3の回路の1つの利点は、差
動増幅器を通して流れるバイアス電流が昇圧ノード即ち
ブースト電源VCC(INT)から供給されることであ
る。この一定の(mA程度の)電流を供給するために、ポ
ンプ回路の実効インピーダンスは十分に小さくする必要
があり、そのためにはポンプ回路のデバイスのサイズを
大きくしなければならない。
One advantage of the circuits of FIGS. 2A and 3 is that the bias current flowing through the differential amplifier is provided by the boost node or boost power supply VCC (INT). In order to supply this constant current (on the order of mA), the effective impedance of the pump circuit needs to be sufficiently small, and the device size of the pump circuit must be increased accordingly.

【0019】図4は、差動増幅器のブースト電源を構築
するために、図2Aの実施例に類似のリング発振器を含
む電圧ポンプ回路を利用するがブースト電源VCC(I
NT)はMP2のソースにだけ接続し且つMP1のソー
スはVCCに接続する本発明の小さなドロップアウト電
圧調整器回路の第3の実施例を示す。図4に示すよう
に、図2A及び図3の回路の欠点はブースト電源をMP
2のソースにだけ接続することにより軽減される。静止
状態では、ポンプ回路から流れる電流は図2A及び図3
の回路で流れる電流の半分であり、従ってポンプ回路の
領域は2を係数として減らすことができる。また、VD
D(INT)がVREFよりも低いとき、ポンプ回路か
らMP4/MP2の枝路に流れる電流はほぼ0であるの
で、復元動作は改善される。
FIG. 4 utilizes a voltage pump circuit including a ring oscillator similar to the embodiment of FIG. 2A to build a boost power supply for a differential amplifier, but with a boost power supply VCC (I
NT) shows a third embodiment of the small dropout voltage regulator circuit of the present invention in which only the source of MP2 is connected and the source of MP1 is connected to VCC. As shown in FIG. 4, the drawback of the circuits of FIGS. 2A and 3 is that the boost power supply is
Alleviated by connecting to only two sources. In the stationary state, the current flowing from the pump circuit is as shown in FIGS.
Is half of the current flowing in the circuit, so that the area of the pump circuit can be reduced by a factor of 2. Also, VD
When D (INT) is lower than VREF, the restoring operation is improved because the current flowing from the pump circuit to the MP4 / MP2 branch is almost zero.

【0020】本明細書に開示された全ての実施例の設計
の利点及び不利点は特定の実施例の特定の要求により大
きく異なる。しかしながら、図4の回路を実際に実現す
るのは図2Aの回路の場合よりも困難であり、大抵の実
施例では、図2Aの回路はおそらく図3及び図4の回路
よりも望ましい。
The design advantages and disadvantages of all of the embodiments disclosed herein are highly dependent on the particular requirements of a particular embodiment. However, the circuit of FIG. 4 is more difficult to implement than the circuit of FIG. 2A, and in most embodiments the circuit of FIG. 2A is probably more desirable than the circuits of FIGS. 3 and 4.

【0021】図5は差動増幅器のブースト電源を構築す
るために図2A及び図4の実施例に類似のリング発振器
を含む電圧ポンプ回路を利用するが電圧ポンプ回路は差
動増幅器の負荷を提供する本発明の小さなドロップアウ
ト電圧調整器回路の第4の実施例を示す。電圧ポンプ回
路のインピーダンスは非0であり、図5に示すように差
動増幅器の能動的な負荷MP1-MP2 は除去すること
がてき、この場合、電圧ポンプ回路自身は差動増幅器の
負荷である。この新しい回路では、MP6のソースとウ
ェルの間のpnダイオードはMN1のゲート(ノードVC
C(INT))をクランプするので、クランプ・ダイオー
ド(図2A〜図4)は必要としない。差動増幅器の利得
は半減するが、この新しい回路はデバイス数は少なくな
る。差動増幅器の利得が半減されるのは、MP4-MP
6 の除去により差動増幅器の負荷の1つの枝路だけが
残るからである。ポンプ回路の負荷特性と差動増幅器の
特性との整合及びポンプ回路の最適化を同時に行う必要
があるから、この回路の実際の設計も難しくなる。
FIG. 5 utilizes a voltage pump circuit including a ring oscillator similar to the embodiment of FIGS. 2A and 4 to build a differential amplifier boost power supply, but the voltage pump circuit provides a load for the differential amplifier. 4 illustrates a fourth embodiment of a small dropout voltage regulator circuit of the present invention. The impedance of the voltage pump circuit is non-zero, and the active load MP1-MP2 of the differential amplifier can be removed as shown in FIG. 5, in which case the voltage pump circuit itself is the load of the differential amplifier. . In this new circuit, the pn diode between the source and well of MP6 is the gate of MN1 (node VC
Since C (INT) is clamped, the clamp diode (FIGS. 2A-4) is not needed. Although the gain of the differential amplifier is halved, the new circuit has fewer devices. The gain of the differential amplifier is halved because MP4-MP
This is because the removal of 6 leaves only one branch of the load of the differential amplifier. Since it is necessary to simultaneously match the load characteristic of the pump circuit and the characteristic of the differential amplifier and optimize the pump circuit, the actual design of this circuit becomes difficult.

【0022】図6は静的電圧ポンプ回路よりもむしろ電
圧制御されるリング発振器及び追加の差動増幅器を含
み、フィードバック制御される動的電圧ポンプ回路を利
用する、本発明の小さなドロップアウト電圧調整器回路
の第5の実施例を示す。前記開示された回路は静的電圧
ポンプ回路を利用する。図6はフィードバック制御され
る動的ポンプ回路を用いる改良されたもう1つの新しい
調整器回路を示す。この新しい回路は電圧制御されたリ
ング発振器を有し、追加の素子MN5-MN7 が電圧制
御のために設けられ、追加の差動増幅器(MN8-MN
10、MP7-MP8)がフィードバックによりリング
発振器の発振周波数を制御する。フィードバック・ルー
プで制御を行うように設計することにより、この回路は
図5の回路の設計の難しさをいくらか軽減する。リング
発振器の第4及び第5の段階はそれによって電圧ポンプ
のための電力を増すために一般に設けられるものであ
る。
FIG. 6 illustrates the small dropout voltage regulation of the present invention which utilizes a feedback controlled dynamic voltage pump circuit which includes a voltage controlled ring oscillator and an additional differential amplifier rather than a static voltage pump circuit. 5 shows a fifth embodiment of the container circuit. The disclosed circuit utilizes a static voltage pump circuit. FIG. 6 shows another improved new regulator circuit using a feedback controlled dynamic pump circuit. This new circuit has a voltage controlled ring oscillator, additional elements MN5-MN7 are provided for voltage control and additional differential amplifiers (MN8-MN7) are provided.
10, MP7-MP8) controls the oscillation frequency of the ring oscillator by feedback. Designed to provide control in a feedback loop, this circuit alleviates some of the design difficulties of the circuit of FIG. The fourth and fifth stages of the ring oscillator are generally provided to thereby increase the power for the voltage pump.

【0023】図6の回路の動作で、もしVDD(IN
T)がVREFよりも低ければ、ノードZは電位が高く
なり、MN5-MN7 の抵抗は小さくなる。従って、発
振周波数は高くなりポンプ回路のインピーダンスは減少
する。その結果、ブースト電源VCC(INT)はより
有効に電圧が高くなりVDD(INT)が所望のレベル
に復元するのを容易にする。VDD(INT)が基準電
圧VREFよりも高いとき、ノードZの電圧は低下しM
N5-MN7 の抵抗は増加する。これは周波数を低くし
ポンプ回路のインピーダンスが増す。よって、上昇は減
速(又は停止)し、VDD(INT)は急速に低下す
る。
In the operation of the circuit of FIG. 6, if VDD (IN
If T) is lower than VREF, the potential of the node Z becomes high and the resistance of MN5 to MN7 becomes small. Therefore, the oscillation frequency increases and the impedance of the pump circuit decreases. As a result, the boost power supply VCC (INT) is more effectively raised in voltage, which facilitates restoring VDD (INT) to a desired level. When VDD (INT) is higher than the reference voltage VREF, the voltage of the node Z decreases and M
The resistance of N5-MN7 increases. This lowers the frequency and increases the impedance of the pump circuit. Therefore, the rise slows down (or stops), and VDD (INT) drops rapidly.

【0024】図7は差動対MN3-MN4 が除去され、
且つゲートがノードUにより制御されるデバイスMN2
がブースト電源VCC(INT)を放電するために用い
られる、図6の実施例に類似する、本発明の第6の実施
例を示す。図7の回路で、差動増幅器の対(MN3-MN
4) を除去しブースト電源VCC(INT)を放電する
ためにMN2を用いることによりデバイス数は図6の回
路よりも減らされる。MN2のゲートはノードUにより
制御される。この回路では、MN1のゲートを制御する
ために素子MN2は素子MP7の出力を反転させる。こ
の回路の動作で、もし出力が急落すれば、ノードUの電
位も低下し、VCC(INT)が上昇して出力レベルを
復元する。反対に、ノードUの電位が高くなれば、VC
C(INT)が低くなりVDD(INT)も低くなる。
In FIG. 7, the differential pair MN3 to MN4 is removed,
And the device MN2 whose gate is controlled by the node U
Shows a sixth embodiment of the invention, similar to the embodiment of FIG. 6, in which is used to discharge the boost power supply VCC (INT). In the circuit of FIG. 7, a pair of differential amplifiers (MN3-MN
4) is removed and the number of devices is reduced by using MN2 to discharge the boost power supply VCC (INT). The gate of MN2 is controlled by node U. In this circuit, element MN2 inverts the output of element MP7 to control the gate of MN1. In the operation of this circuit, if the output suddenly drops, the potential of the node U also drops, VCC (INT) rises, and the output level is restored. On the contrary, if the potential of the node U becomes high, VC
C (INT) becomes low and VDD (INT) also becomes low.

【0025】前述のように、本明細書に開示された全て
の実施例の設計の利点及び不利点は特定の実施例の特定
の要求により大きく異なる。しかしながら、図5及び図
7の回路は、実際に実現する場合、図6の回路よりも設
計が難しい。大抵の実施例では、図5及び図7の回路よ
りもむしろ図6の回路がたぶん選択される。
As mentioned above, the design advantages and disadvantages of all of the embodiments disclosed herein are highly dependent on the particular requirements of a particular embodiment. However, the circuits of FIGS. 5 and 7 are more difficult to design than the circuit of FIG. 6 when actually implemented. In most embodiments, the circuit of FIG. 6 will probably be selected rather than the circuits of FIGS.

【0026】本発明の電源が昇圧された小さいドロップ
アウトのオンチップ電圧調整器の幾つかの実施例及びそ
の変更が本明細書に詳細に記述されているが、本発明の
開示が多くの代替設計を示唆することは当業者には明白
である。
Although some embodiments of the inventive boosted small dropout on-chip voltage regulator and modifications thereof are described in detail herein, the present disclosure is in many alternatives. It will be obvious to those skilled in the art to suggest a design.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、ソース・フォロワとし
て動作する直列調整素子に結合された差動増幅器を含み
前記差動増幅器のブースト電源は電圧ポンプ回路を設け
て構築する内部のオンチップ調整器回路の新しいブース
ト電源が提供される。
In accordance with the present invention, an internal on-chip regulator is provided which includes a differential amplifier coupled to a series regulator operating as a source follower, the boost power supply of said differential amplifier being provided with a voltage pump circuit. A new boost power supply for the power supply circuit is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ソース・フォロワ・モードで動作する差動増幅
器及び直列調整回路素子を含む従来の技術の典型的なC
MOSオンチップ電圧調整器回路を示す図である。
FIG. 1 is a typical C of the prior art including a differential amplifier operating in source follower mode and series conditioning circuitry.
FIG. 6 illustrates a MOS on-chip voltage regulator circuit.

【図2A】差動増幅器のブースト電源を構築するために
リング発振器を含む電圧ポンプ回路を利用し且つクラン
プ・ダイオードも含む本発明の小さなドロップアウト電
圧調整器回路の第1の実施例を示す図である。
FIG. 2A shows a first embodiment of a small dropout voltage regulator circuit of the present invention which utilizes a voltage pump circuit including a ring oscillator to build a boost power supply for a differential amplifier and also includes a clamp diode. Is.

【図2B】差動増幅器のブースト電源を構築するために
電圧ポンプ回路を利用し且つクランプ・ダイオードも含
む本発明の小さなドロップアウト電圧調整器回路をおお
まかに示す部分的なブロック図である。
FIG. 2B is a partial block diagram generally illustrating a small dropout voltage regulator circuit of the present invention that utilizes a voltage pump circuit to build a boost power supply for a differential amplifier and also includes a clamp diode.

【図3】図2Aの電圧ポンプ回路の代りにnウェルの中
にP拡散によって作られたpnダイオードを利用する本発
明の小さなドロップアウト電圧調整器回路の第2の実施
例を示す図である。
FIG. 3 illustrates a second embodiment of the small dropout voltage regulator circuit of the present invention which utilizes a pn diode made by P diffusion in an n-well instead of the voltage pump circuit of FIG. 2A. .

【図4】差動増幅器のブースト電源を構築するために、
図2Aの実施例に類似のリング発振器を含む電圧ポンプ
回路を利用するが、ブースト電源をMP2のソースにだ
け接続し且つMP1のソースはVCCに接続する、本発
明の小さなドロップアウト電圧調整器回路の第3の実施
例を示す図である。
FIG. 4 shows how to construct a boost power supply for a differential amplifier,
A small dropout voltage regulator circuit of the present invention utilizing a voltage pump circuit including a ring oscillator similar to the embodiment of FIG. 2A, but connecting the boost power supply only to the source of MP2 and the source of MP1 to VCC. It is a figure which shows the 3rd Example of.

【図5】差動増幅器のブースト電源を構築するために、
図2A及び図4の実施例に類似のリング発振器を含む電
圧ポンプ回路を利用するが、電圧ポンプ回路は差動増幅
器のロードを提供する、本発明の小さなドロップアウト
電圧調整器回路の第4の実施例を示す図である。
FIG. 5: To build a boost power supply for a differential amplifier,
A fourth embodiment of the small dropout voltage regulator circuit of the present invention utilizes a voltage pump circuit including a ring oscillator similar to the embodiment of FIGS. 2A and 4, but the voltage pump circuit provides a load for the differential amplifier. It is a figure which shows an Example.

【図6】静的電圧ポンプ回路よりもむしろ電圧制御され
るリング発振器及び追加の差動増幅器を含み、フィード
バック制御される動的電圧ポンプ回路を利用する、本発
明の小さなドロップアウト電圧調整器回路の第5の実施
例を示す図である。
FIG. 6 is a small dropout voltage regulator circuit of the present invention utilizing a feedback controlled dynamic voltage pump circuit including a voltage controlled ring oscillator and an additional differential amplifier rather than a static voltage pump circuit. It is a figure which shows the 5th Example of.

【図7】差動対MN3-MN4 は除去され、ノードUに
よりゲートが制御されるデバイスMN2はブースト電源
VCC(INT)を放電するために用いられる、図6の
実施例に類似する、本発明の第6の実施例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram similar to the embodiment of FIG. 6 in which the differential pair MN3-MN4 is eliminated and the device MN2 gated by node U is used to discharge the boost power supply VCC (INT), similar to the embodiment of FIG. 6; It is a figure which shows the 6th Example of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MN nチャネルFET MP pチャネルFET VCC システム電源 VCC(INT) 内部ブースト電圧 MN n-channel FET MP p-channel FET VCC System power supply VCC (INT) Internal boost voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サン・ホー・ドン アメリカ合衆国10541、ニューヨーク州、 マホパック、グレゴア・ドライブ 407 番地 (72)発明者 ヒュン・ジョン・シン アメリカ合衆国10541、ニューヨーク州、 マホパック、ウイリアムバーグ・ドライ ブ 504番地 (56)参考文献 特開 平3−204012(JP,A) 実開 昭58−85213(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor San Ho Don United States 10541, New York State, Mahopack, 407 Gregore Drive (72) Inventor Hyun John Shin United States 10541, New York State, Mahopack, Williamburg・ Driving No. 504 (56) Reference JP-A-3-204012 (JP, A)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】a.供給電圧Vccと、b.正及び負の入
力端子を有するアナログ差動増幅器手段と、c.上記供
給電圧VCCよりも小さく、上記正の入力端子に接続さ
れた基準電圧VREFと、d.上記供給電圧VCCと上
記差動増幅器手段の出力とに結合されたソース・フォロ
ワ手段であって、その出力に、調整された供給電圧VD
D(INT)を発生するとともに、この供給電圧VDD
(INT)を上記負の入力端子にフィードバックするよ
うに結合されたソース・フォロワ手段と、e.上記差動
増幅手段に、上記供給電圧VCCよりも高い昇圧電圧V
CC(INT)を与えるための、上記供給電圧VCCに
結合された電圧ポンプ回路手段と、f.上記ソース・フ
ォロワ手段のゲートに結合され負電圧スイングを制限す
るクランプ・ダイオード手段と、を含むオンチップ電圧
調整回路。
1. A. Supply voltage Vcc and b. Analog differential amplifier means having positive and negative input terminals; c. A reference voltage VREF less than the supply voltage VCC and connected to the positive input terminal; d. Source follower means coupled to the supply voltage VCC and the output of the differential amplifier means, the output of which is regulated supply voltage VD
D (INT) is generated, and this supply voltage VDD
Source follower means coupled to feed back (INT) to the negative input terminal; e. The differential amplifier has a boosted voltage V higher than the supply voltage VCC.
Voltage pump circuit means coupled to said supply voltage VCC for providing CC (INT); f. An on-chip voltage regulator circuit comprising: clamp diode means coupled to the gate of said source follower means for limiting negative voltage swings.
【請求項2】上記電圧ポンプ回路手段は、パルスを供給
するリング発振器手段を含むことを特徴とする請求項1
のオンチップ電圧調整回路。
2. The voltage pump circuit means supplies a pulse
2. A ring oscillator means for controlling the
On-chip voltage regulator circuit.
【請求項3】上記電圧ポンプ手段及びリング発振器手段
は、動的に制御された電圧ポンプ回路及びリング発振器
回路であることを特徴とする請求項2のオンチップ電圧
調整回路。
3. The voltage pump means and the ring oscillator means.
Is a dynamically controlled voltage pump circuit and ring oscillator
3. The on-chip voltage according to claim 2, which is a circuit.
Adjustment circuit.
【請求項4】上記動的に制御された電圧ポンプ及びリン
グ発振器回路は、上記基準電圧VREFを一方の入力に
受取り、他方の入力が上記供給電圧VDD(INT)を
受取るように結合されたもう一つの差動増幅器からのフ
ィードバックで電圧制御されることを特徴とする請求項
3のオンチップ電圧調整回路。
4. The dynamically controlled voltage pump and phosphorus.
The oscillator circuit uses the reference voltage VREF as one input.
The other input receives the supply voltage VDD (INT)
The flux from another differential amplifier coupled to receive
The voltage is controlled by feedback.
3. On-chip voltage regulator circuit.
【請求項5】上記電圧ポンプ手段は、n拡散ウェルへの
p拡散によって作られたpnダイオードを含むことを特徴
とする請求項1のオンチップ電圧調整回路。
5. The voltage pump means is provided for n diffusion wells.
Characterized by including a pn diode made by p diffusion
The on-chip voltage adjustment circuit according to claim 1.
【請求項6】上記電圧ポンプ回路手段は、上記差動増幅
器手段の電気的な負荷として結合されることを特徴とす
る請求項1のオンチップ電圧調整回路。
6. The voltage pump circuit means comprises the differential amplifier.
Characterized in that it is coupled as an electrical load of the instrument means.
The on-chip voltage adjustment circuit according to claim 1.
JP3350668A 1990-12-14 1991-12-12 On-chip voltage adjustment circuit Expired - Lifetime JP2524443B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US626683 1990-12-14
US07/626,683 US5116120A (en) 1989-12-15 1990-12-14 Gas analyzer having a test chamber traversed by radiation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06169565A JPH06169565A (en) 1994-06-14
JP2524443B2 true JP2524443B2 (en) 1996-08-14

Family

ID=24511395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3350668A Expired - Lifetime JP2524443B2 (en) 1990-12-14 1991-12-12 On-chip voltage adjustment circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2524443B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3816736B2 (en) * 2000-09-21 2006-08-30 株式会社東芝 Semiconductor device
JP4199706B2 (en) 2004-07-13 2008-12-17 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 Buck circuit

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03204012A (en) * 1989-12-29 1991-09-05 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Dropper type constant voltage circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06169565A (en) 1994-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5162668A (en) Small dropout on-chip voltage regulators with boosted power supply
US5808505A (en) Substrate biasing circuit having controllable ring oscillator
EP0372956B1 (en) Constant current source circuit
US5694072A (en) Programmable substrate bias generator with current-mirrored differential comparator and isolated bulk-node sensing transistor for bias voltage control
JP2557271B2 (en) Substrate voltage generation circuit in semiconductor device having internal step-down power supply voltage
KR930009148B1 (en) Source voltage control circuit
US6075404A (en) Substrate biasing circuit and semiconductor integrated circuit device
US4634894A (en) Low power CMOS reference generator with low impedance driver
US6002599A (en) Voltage regulation circuit with adaptive swing clock scheme
EP0573240A2 (en) Reference voltage generator
US7830200B2 (en) High voltage tolerant bias circuit with low voltage transistors
US20020075066A1 (en) Semiconductor integrated circuit device
US4825142A (en) CMOS substrate charge pump voltage regulator
US20030052661A1 (en) Reference voltage generator
US5027053A (en) Low power VCC /2 generator
JPH1153039A (en) Constant voltage generating circuit
US5757714A (en) Semiconductor memory device with on-chip boosted power supply voltage generator
US6713993B2 (en) High-voltage regulator including an external regulating device
JP2816124B2 (en) Voltage level converter
JP3356223B2 (en) Step-down circuit and semiconductor integrated circuit incorporating the same
US6380792B1 (en) Semiconductor integrated circuit
JPH0969014A (en) Semiconductor device
JP2524443B2 (en) On-chip voltage adjustment circuit
US5221864A (en) Stable voltage reference circuit with high Vt devices
US4855624A (en) Low-power bipolar-CMOS interface circuit