JP2800523B2 - 定電流回路 - Google Patents

定電流回路

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JP2800523B2
JP2800523B2 JP4024558A JP2455892A JP2800523B2 JP 2800523 B2 JP2800523 B2 JP 2800523B2 JP 4024558 A JP4024558 A JP 4024558A JP 2455892 A JP2455892 A JP 2455892A JP 2800523 B2 JP2800523 B2 JP 2800523B2
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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、CMOS集積回路化に
好適な定電流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタで構成される定電流
回路としては、従来、例えば図5や図6に示すものが知
られている。図5に示す定電流回路は、文献「IEEE JOU
RNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.SC-12,NO.3,JUNE 1
977,pp.224〜231」に記載のもので、トランジスタをウィ
ークインバージョン(Weak Inversion)で動作させ、出力
電流IR として30nA〜2μA程度の微小電流を得る
回路である。
【0003】また、図6に示す定電流回路は、文献「VLS
I Design Techniques for Analogand Digital Circuit
s」(McGraw-Hill,1990,pp.363)に記載のもので、ブース
ト・ストラップド・カレントソース/シンクと呼ばれて
いる。この回路では、トランジスタM61と同M62の
ドレイン電流ID61 と同ID62 の関係が、数式1と同2
で与えられる。なお、数式2において、VTHはスレッシ
ョルド電圧、KN ′はコンダクタンス、L61はゲート
長、W61はゲート幅である。
【0004】
【数1】
【0005】
【数2】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の定電流
回路には、次のような問題がある。まず、図5に示すウ
ィークインバージョン領域で動作させるものでは、出力
電流が数10nA〜数μAと微小となるので、そのまま
では実用的な動作レベルの電流値(数100 μA程度)を
得ることができないという問題がある。
【0007】また、図6に示すブースト・ストラップド
・カレントソース/シンクでは、スレッショルド電圧V
THがばらつくので、製造偏差を考慮すると、電流のばら
つきが大きいという問題がある。
【0008】本発明の目的は、実用的な動作レベルの電
流値を得ることができ、かつスレッショルド電圧VTH
ばらつきに影響されずに電流設定をなし得、真にCMO
S集積回路化に好適な定電流回路を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の定電流回路は次の如き構成を有する。即
ち、第1発明の定電流回路は、MOSトランジスタで構
成される定電流回路であって; この定電流回路は、
ート幅とゲート長との比Kで表現する能力比の異なる2
つのトランジスタで構成されるカレントミラー回路と;
能力比が異なる、又は、等しい2つのトランジスタで
あって、ドレインが抵抗を介してゲートに接続されると
共に、その抵抗を介して前記カレントミラー回路の能力
比が他方のK倍である一方のトランジスタから駆動電流
の供給を受ける第1のトランジスタ、及び、ゲートが前
記第1のトランジスタのドレインに接続され、ドレイン
が直接的に前記カレントミラー回路の他方のトランジス
タから駆動電流の供給を受ける第2のトランジスタと;
を備えたことを特徴とするものである。
【0010】また、第2発明の定電流回路は、MOSト
ランジスタで構成される定電流回路であって; この定
電流回路は、ゲート幅とゲート長との比Kで表現する
力比の異なる2つのトランジスタで構成されるカレント
ミラー回路と; 能力比が異なる、又は、等しい2つの
トランジスタであって、ドレインがゲートに直接接続さ
れると共に、直接的に前記カレントミラー回路の能力比
が他方のK倍である一方のトランジスタから駆動電流の
供給を受ける第1のトランジスタ、及び、ソース抵抗を
有すると共に、ゲートが前記第1のトランジスタのドレ
インに接続され、ドレインが直接的に前記カレントミラ
ー回路の他方のトランジスタから駆動電流の供給を受け
る第2のトランジスタと; を備えたことを特徴とする
ものである。
【0011】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の定電流回
路の作用を説明する。本発明では、ゲートとドレインが
接続される第1及び第2のトランジスタと、この第1及
び第2のトランジスタのそれぞれを駆動するカレントミ
ラー回路(周知のように2つのトランジスタで構成され
る)とで構成し、この第1及び第2のトランジスタにお
いて、第1のトランジスタのゲート・ドレイン間に抵抗
を挿入する(第1発明)、又は、第2のトランジスタの
ソースに抵抗を付加し(第2発明)、カレントミラー回
路を構成する2つのトランジスタを能力比の異なるもの
で構成する、または、それに加えて第1及び第2のトラ
ンジスタを能力比の異なるものとし、これにより第1及
び第2のトランジスタがK:1の電流比で動作するよう
にしてある。
【0012】その結果、電源電圧変動の影響及びスレッ
ショルド電圧の影響を受けない駆動電流を形成でき、つ
まり、製造偏差に対し電流のばらつきを小さくでき、し
かもスレッショルド電圧と無関係に電流設定ができる。
従って、本発明によれば、CM0S集積回路化に好適な
定電流回路を提供できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1実施例に係る定電流回路を
示す。この定電流回路は、2個のnチャネルMOSトラ
ンジスタ(M1、M2)と2個のpチャネルMOSトラ
ンジスタ(M3、M4)とで基本的に構成される。
【0014】2個のnチャネルMOSトランジスタ(M
1、M2)において、(第1の)トランジスタM1は、
ソースが直接接地され、ゲートとドレインが抵抗Rを介
して接続される。また、(第2の)トランジスタM2
は、ソースが直接接地され、ゲートがトランジスタM1
のドレインに接続される。要するに、両トランジスタは
(ピーキング)カレントミラー回路を構成する。
【0015】また、2個のpチャネルMOSトランジス
タ(M3、M4)において、M3とM4はドレインは共
通に電源VDDに接続され、ゲートが共通接続される。そ
して、M3のソースにはM1のドレインが抵抗Rを介し
て、またゲートが直接接続され、M4のソースには自己
のゲートが接続されると共に、M2のドレインが接続さ
れる。要するに、両トランジスタは、トランジスタ(M
1、M2)を駆動する(シンプル)カレントミラー回路
を構成する。
【0016】ここに、トランジスタ(M1、M2)は、
K:1(K>1又はK<1)の電流比で動作する。これ
は3つの方法で実現できる。第1は、トランジスタ(M
1、M2)の能力比(ゲート幅Wとゲート長Lの比)を
1 :1とし、トランジスタ(M3、M4)の能力比を
2 :1とする。第2は、トランジスタ(M1、M2)
の能力比をK:1とし、トランジスタ(M3、M4)の
能力比を1:1とする。第3は、トランジスタ(M1、
M2)の能力比を1:1とし、トランジスタ(M3、M
4)の能力比をK:1とする。本実施例では、第3の方
法を採用している。以下、第3の方法での動作を説明す
る。
【0017】さて、図1において、4つのトランジスタ
は全て飽和領域で動作しているとすると、ゲート・ソー
ス間電圧VGSi 、スレッショルド電圧VTH、コンダクタ
ンスβを用いて、M1の駆動電流I1 は数式3、M2駆
動電流I2 は数式4、両トランジスタのゲート・ソース
間電圧の差は数式5と表せる。
【0018】
【数3】
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】また、カレントミラー回路(M3、M4)
は、能力比がK:1であるので、両駆動電流の関係は数
式6である。
【0022】
【数6】
【0023】従って、数式3と同4の両辺の√(ルー
ト)を取り数式5に代入すると、数式7が得られ、これ
に数式6を代入して数式8となり、これを整理すると数
式9となるので、結局数式10が得られる。従って、駆
動電流I1 は数式11、駆動電流I2 は数式12と求ま
る。数式11及び同12は電源電圧VDDを含まない。
【0024】
【数7】
【0025】
【数8】
【0026】
【数9】
【0027】
【数10】
【0028】
【数11】
【0029】
【数12】
【0030】即ち、4つのトランジスタ(M1、M2、
M3、M4)が全て飽和領域で動作していれば、駆動電
流I1 及び同I2 は電源電圧の変動の影響を受けないの
である。従って、数式11及び同12で示される駆動電
流I1 及び同I2 を取り出す出力回路たるカレントミラ
ー回路を設ければ他の回路を駆動できることになる。
【0031】なお、図2に示すように、(M1、M2)
をpチャネルのMOSトランジスタで構成し、(M3、
M4)をnチャネルのMOSトランジスタで構成して
も、同一特性の定電流回路が得られる。
【0032】次に、図3は、本発明の第3実施例に係る
定電流回路を示す。この第3実施例回路は、図1の構成
において、抵抗RをトランジスタM1のゲート・ドレイ
ン間から外して両者を直結し、その外した抵抗Rをトラ
ンジスタM2のソース・接地間に挿入したものである。
【0033】従って、駆動電流I1 は前記数式3、駆動
電流I2 は前記数式4で与えられるが、M1とM2のゲ
ート・ソース間電圧の差は数式13となる。そして、数
式7を求めたのと同様の手法で数式14が得られ、両駆
動電流の関係は前記数式6で与えられるので、その数式
6を数式14に代入して数式15を得る。
【0034】
【数13】
【0035】
【数14】
【0036】
【数15】
【0037】従って、数式8、同9、同10と同様の数
式16、同17、同18が得られ、結局駆動電流I2
数式19、駆動電流I1 が数式20と求まる。
【0038】
【数16】
【0039】
【数17】
【0040】
【数18】
【0041】
【数19】
【0042】
【数20】
【0043】要するに、第1実施例と同様に、駆動電流
(I1 、I2 )には電源電圧VDDを含まれていない。従
って、この第3実施例回路においても、4つのトランジ
スタ(M1、M2、M3、M4)が全て飽和領域で動作
していれば、駆動電流I1 及び同I2 は電源電圧の変動
の影響を受けないのである。外部への取り出し方も第1
実施例と同様である。
【0044】そして、図1に対する図2のように、この
第3実施例回路に対しても図4に示すように、(M1、
M2)をpチャネルのMOSトランジスタで構成し、
(M3、M4)をnチャネルのMOSトランジスタで構
成でき、同一特性の定電流回路が得られる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の定電流回
路によれば、ゲートとドレインが接続される第1及び第
2のトランジスタと、この第1及び第2のトランジスタ
のそれぞれを駆動するカレントミラー回路(周知のよう
に2つのトランジスタで構成される)とで構成し、この
第1及び第2のトランジスタにおいて、第1のトランジ
スタのゲート・ドレイン間に抵抗を挿入する(第1発
明)、又は、第2のトランジスタのソースに抵抗を付加
し(第2発明)、カレントミラー回路を構成する2つの
トランジスタを能力比の異なるもので構成する、また
は、それに加えて第1及び第2のトランジスタを能力比
の異なるものとし、これにより第1及び第2のトランジ
スタがK:1の電流比で動作するようにしてあるので、
電源電圧変動の影響及びスレッショルド電圧の影響を受
けない駆動電流を形成でき、つまり、製造偏差に対し電
流のばらつきを小さくでき、しかもスレッショルド電圧
と無関係に電流設定ができる。従って、本発明によれ
ば、CM0S集積回路化に好適な定電流回路を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る定電流回路の回路図
である。
【図2】本発明の第2実施例に係る定電流回路の回路図
である。
【図3】本発明の第3実施例に係る定電流回路の回路図
である。
【図4】本発明の第4実施例に係る定電流回路の回路図
である。
【図5】従来の定電流回路の回路図である。
【図6】従来の定電流回路の回路図である。
【符号の説明】
M1〜M4 MOSトランジスタ VDD 電源 R 抵抗
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03F 1/30 H03F 3/34 - 3/347 G05F 3/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタで構成される定電流
    回路であって; この定電流回路は、ゲート幅とゲート長との比Kで表現
    する能力比の異なる2つのトランジスタで構成されるカ
    レントミラー回路と; 能力比が異なる、又は、等しい
    2つのトランジスタであって、ドレインが抵抗を介して
    ゲートに接続されると共に、その抵抗を介して前記カレ
    ントミラー回路の能力比が他方のK倍である一方のトラ
    ンジスタから駆動電流の供給を受ける第1のトランジス
    タ、及び、ゲートが前記第1のトランジスタのドレイン
    に接続され、ドレインが直接的に前記カレントミラー回
    路の他方のトランジスタから駆動電流の供給を受ける第
    2のトランジスタと; を備えたことを特徴とする定電
    流回路。
  2. 【請求項2】 MOSトランジスタで構成される定電流
    回路であって; この定電流回路は、ゲート幅とゲート長との比Kで表現
    する能力比の異なる2つのトランジスタで構成されるカ
    レントミラー回路と; 能力比が異なる、又は、等しい
    2つのトランジスタであって、ドレインがゲートに直接
    接続されると共に、直接的に前記カレントミラー回路
    能力比が他方のK倍である一方のトランジスタから駆動
    電流の供給を受ける第1のトランジスタ、及び、ソース
    抵抗を有すると共に、ゲートが前記第1のトランジスタ
    のドレインに接続され、ドレインが直接的に前記カレン
    トミラー回路の他方のトランジスタから駆動電流の供給
    を受ける第2のトランジスタと; を備えたことを特徴
    とする定電流回路。
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