JP2956381B2 - 定電流源回路 - Google Patents
定電流源回路Info
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- JP2956381B2 JP2956381B2 JP26445392A JP26445392A JP2956381B2 JP 2956381 B2 JP2956381 B2 JP 2956381B2 JP 26445392 A JP26445392 A JP 26445392A JP 26445392 A JP26445392 A JP 26445392A JP 2956381 B2 JP2956381 B2 JP 2956381B2
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- mos transistor
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は定電流源回路に関し、特
に高出力抵抗であると同時に電源電圧の広い範囲で動作
可能な定電流源回路に関する。
に高出力抵抗であると同時に電源電圧の広い範囲で動作
可能な定電流源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の定電流源回路は、図3,
図5,図7の様な回路が使用されていた(例えば、An
alysis and Design of Anal
ogItegrated Circuits,by P
aul R.Gray &Robert G.Mege
r,JOHN WILEY & SONS,2nded
ition)。
図5,図7の様な回路が使用されていた(例えば、An
alysis and Design of Anal
ogItegrated Circuits,by P
aul R.Gray &Robert G.Mege
r,JOHN WILEY & SONS,2nded
ition)。
【0003】このうち図3の回路は、最も簡単な従来例
であり、電源VDDと接地電位との間に入力電源Iin
とMOSトランジスタM19とが直列に接続され、この
MOSトランジスタM19のドレインとゲートとが共通
接続され、MOSトランジスタM20のソース,ゲー
ト,ドレインがそれぞれ接地,トランジスタM19のゲ
ート,出力端子OUTに接続されている。出力端子OU
Tには、MOSトランジスタM20が飽和領域にあると
き、MOSトランジスタの電流式である次の(1)式に
従って、電流が流れる。
であり、電源VDDと接地電位との間に入力電源Iin
とMOSトランジスタM19とが直列に接続され、この
MOSトランジスタM19のドレインとゲートとが共通
接続され、MOSトランジスタM20のソース,ゲー
ト,ドレインがそれぞれ接地,トランジスタM19のゲ
ート,出力端子OUTに接続されている。出力端子OU
Tには、MOSトランジスタM20が飽和領域にあると
き、MOSトランジスタの電流式である次の(1)式に
従って、電流が流れる。
【0004】
【0005】ここで、μはMOSトランジスタの導電型
に従って電子(NチャンネルMOSトランジスタの場
合)又はホール(PチャンネルMOSトランジスタの場
合)の移動度、Coxはゲート酸化膜容量、Wはチャン
ネル幅、Lはチャンネル長、VGSはゲート・ソース電
圧、Vtはスレッショルド電圧、λはチャンネル長変調
を表す係数、VDSはソース・ドレイン電圧である。
に従って電子(NチャンネルMOSトランジスタの場
合)又はホール(PチャンネルMOSトランジスタの場
合)の移動度、Coxはゲート酸化膜容量、Wはチャン
ネル幅、Lはチャンネル長、VGSはゲート・ソース電
圧、Vtはスレッショルド電圧、λはチャンネル長変調
を表す係数、VDSはソース・ドレイン電圧である。
【0006】MOSトランジスタM19とM20の電流
比は、基本的には(W/L)20と(W/L)19との
比によって決まる。しかしながらMOSトランジスタM
20の出力抵抗r020は、チャンネル長変調により、
次の(2)式のようになる。
比は、基本的には(W/L)20と(W/L)19との
比によって決まる。しかしながらMOSトランジスタM
20の出力抵抗r020は、チャンネル長変調により、
次の(2)式のようになる。
【0007】 r020=1/λID20 …(2) 典型的な値として、L=3μmのとき、1/λ=30V
であり、ID=10μAであれば、3MΩであるので、
定電流源回路を能動負荷として使用する場合には決して
大きい値ではない。
であり、ID=10μAであれば、3MΩであるので、
定電流源回路を能動負荷として使用する場合には決して
大きい値ではない。
【0008】
【0009】又MOSトランジスタM20はソース・ド
レイン間電圧VDSが、前記(3)式のΔVよりも小さ
くなれば、比飽和領域に入り、出力抵抗(r020)は
非常に小さくなる。典型的な例として、ΔV=140m
Vの値が得られる。この様子を図4に示した。
レイン間電圧VDSが、前記(3)式のΔVよりも小さ
くなれば、比飽和領域に入り、出力抵抗(r020)は
非常に小さくなる。典型的な例として、ΔV=140m
Vの値が得られる。この様子を図4に示した。
【0010】図5は図3の出力抵抗を増大した改良型の
従来例を示す回路図であり、本例は図3の定電流源に比
し、入力電源IinとMOSトランジスタM19との間
に、ドレインとゲートが短絡されたNチャンネルMOS
トランジスタM21が挿入され、このMOSトランジス
タ21のドレイン・ゲート短絡点にゲートが接続された
MOSトランジスタM22がMOSトランジスタM20
と出力端子OUTとの間に挿入されている。この回路の
出力抵抗r0は、次の(4)式となる。
従来例を示す回路図であり、本例は図3の定電流源に比
し、入力電源IinとMOSトランジスタM19との間
に、ドレインとゲートが短絡されたNチャンネルMOS
トランジスタM21が挿入され、このMOSトランジス
タ21のドレイン・ゲート短絡点にゲートが接続された
MOSトランジスタM22がMOSトランジスタM20
と出力端子OUTとの間に挿入されている。この回路の
出力抵抗r0は、次の(4)式となる。
【0011】 r0=r022(1+gm22・r020) …(4) 典型的な値として、MOSトランジスタM20,M22
のドレイン電流IDS=10μAで、MOSトランジス
タM22の相互コンダクタンスgm22=141μA/
V,MOSトランジスタM20,M22の出力抵抗V0
22=3MΩを代入すると、r0=3MΩ×(1+14
1μA/V×3MΩ)=1300MΩとなり、大きな値
となる。
のドレイン電流IDS=10μAで、MOSトランジス
タM22の相互コンダクタンスgm22=141μA/
V,MOSトランジスタM20,M22の出力抵抗V0
22=3MΩを代入すると、r0=3MΩ×(1+14
1μA/V×3MΩ)=1300MΩとなり、大きな値
となる。
【0012】しかしながら、この回路において、この大
きな出力抵抗が得られるのは、MOSトランジスタM2
0,M22が共に飽和領域にあるときで電圧が、V0=
Vt+2ΔV……(5) より大きい値であるときであ
る。
きな出力抵抗が得られるのは、MOSトランジスタM2
0,M22が共に飽和領域にあるときで電圧が、V0=
Vt+2ΔV……(5) より大きい値であるときであ
る。
【0013】典型的な例としてしきい値電圧Vt=0.
7V,ΔV=140mVとすると、V0≧0.98Vと
なり、出力範囲がかなり狭くなる。この様子を、図6に
示した。
7V,ΔV=140mVとすると、V0≧0.98Vと
なり、出力範囲がかなり狭くなる。この様子を、図6に
示した。
【0014】この出力範囲が狭くなる事を改良したの
が、図7の従来例である。図7においては、電源VDD
と接地との間に、入力電流Iinとゲート・ドレイン間
が短絡されたMOSトランジスタM21,M19とが直
列に接続され、MOSトランジスタM21とM28のゲ
ート同士およびMOSトランジスタM19とM27のゲ
ート同士が接続されている。さらに出力端子と接地との
間には、MOSトランジスタM24とM23とが直列に
接続され、MOSトランジスタM24のゲートはMOS
トランジスタM28のソースにMOSトランジスタM2
3のゲートはMOSトランジスタM19とMOSトラン
ジスタM27とのゲートに接続されている。
が、図7の従来例である。図7においては、電源VDD
と接地との間に、入力電流Iinとゲート・ドレイン間
が短絡されたMOSトランジスタM21,M19とが直
列に接続され、MOSトランジスタM21とM28のゲ
ート同士およびMOSトランジスタM19とM27のゲ
ート同士が接続されている。さらに出力端子と接地との
間には、MOSトランジスタM24とM23とが直列に
接続され、MOSトランジスタM24のゲートはMOS
トランジスタM28のソースにMOSトランジスタM2
3のゲートはMOSトランジスタM19とMOSトラン
ジスタM27とのゲートに接続されている。
【0015】この定電流源においては、MOSトランジ
スタM19,M23,M24,M27,M28のチャン
ネル幅とチャンネル長の比はW/Lであるが、MOSト
ランジスタM21だけはチャンネル幅とチャンネル長の
比は他のものの1/4であることにより、MOSトラン
ジスタM21のゲート・ソース間電圧が、(Vt+2Δ
Vt)になる。
スタM19,M23,M24,M27,M28のチャン
ネル幅とチャンネル長の比はW/Lであるが、MOSト
ランジスタM21だけはチャンネル幅とチャンネル長の
比は他のものの1/4であることにより、MOSトラン
ジスタM21のゲート・ソース間電圧が、(Vt+2Δ
Vt)になる。
【0016】他のMOSトランジスタのゲート・ソース
電圧は(Vt+ΔV)であるから、MOSトランジスタ
M23のドレイン電圧はΔVとなる。従って、VOUT
>2ΔVのとき、図7の定電流源回路は、図5の定電流
回路と同じ大きな出力抵抗が得られる。このときの出力
電圧−出力電流の様子を図8に示す。典型的な値とし
て、I0=10μAのとき、2ΔV=28mVである。
電圧は(Vt+ΔV)であるから、MOSトランジスタ
M23のドレイン電圧はΔVとなる。従って、VOUT
>2ΔVのとき、図7の定電流源回路は、図5の定電流
回路と同じ大きな出力抵抗が得られる。このときの出力
電圧−出力電流の様子を図8に示す。典型的な値とし
て、I0=10μAのとき、2ΔV=28mVである。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】前述した図7の定電流
源回路は、出力抵抗と出力電圧範囲が大きい点において
若干すぐれている。しかしながら、MOSトランジスタ
M19とMOSトランジスタM21とが直列に接続され
ているため、この回路を適切にバイアスを行うために
は、入力電流Iinとしてソース接地のMOSトランジ
スタを使用すると仮定する。その典型的な例として、V
DDは、少なくともVt=0.7V,ΔV=140mV
とすると、VDD>2Vt+3ΔV=1.82Vが必要
となるが、低電圧が要求される電池駆動の場合、大きす
ぎるという欠点がある。
源回路は、出力抵抗と出力電圧範囲が大きい点において
若干すぐれている。しかしながら、MOSトランジスタ
M19とMOSトランジスタM21とが直列に接続され
ているため、この回路を適切にバイアスを行うために
は、入力電流Iinとしてソース接地のMOSトランジ
スタを使用すると仮定する。その典型的な例として、V
DDは、少なくともVt=0.7V,ΔV=140mV
とすると、VDD>2Vt+3ΔV=1.82Vが必要
となるが、低電圧が要求される電池駆動の場合、大きす
ぎるという欠点がある。
【0018】本発明の目的は、前記欠点を解決し、広い
出力電圧範囲で高い出力抵抗が得られるようにした定電
流源回路を提供することにある。
出力電圧範囲で高い出力抵抗が得られるようにした定電
流源回路を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の定電流源回路の
構成は、第1,第2の定電位源間に第1の電流源と第1
のトランジスタとを直列接続し、前記第1のトランジス
タのソース又はドレインとゲートとを共通接続し、第
2,第3のトランジスタの直列体を出力端子と前記第2
の定電位源との間に接続し、前記第2のトランジスタの
ゲートを前記第1のトランジスタのゲートに接続し、前
記第1,第2の定電位源間に第4のトランジスタと第2
の電流源とを直接接続し、前記第3,第4のトランジス
タのゲート同士を接続し、前記第4のトランジスタのソ
ース又はドレインとゲートとを共通接続したことを特徴
とする。
構成は、第1,第2の定電位源間に第1の電流源と第1
のトランジスタとを直列接続し、前記第1のトランジス
タのソース又はドレインとゲートとを共通接続し、第
2,第3のトランジスタの直列体を出力端子と前記第2
の定電位源との間に接続し、前記第2のトランジスタの
ゲートを前記第1のトランジスタのゲートに接続し、前
記第1,第2の定電位源間に第4のトランジスタと第2
の電流源とを直接接続し、前記第3,第4のトランジス
タのゲート同士を接続し、前記第4のトランジスタのソ
ース又はドレインとゲートとを共通接続したことを特徴
とする。
【0020】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の定電流源回路を示す回路
図である。
る。図1は本発明の一実施例の定電流源回路を示す回路
図である。
【0021】図1において、本発明の一実施例の定電流
源回路は、NチャンネルMOSトランジスタM1,M
2,M3,M4と、PチャンネルMOSトランジスタM
5,M6,M7と、抵抗R1とを備えている。
源回路は、NチャンネルMOSトランジスタM1,M
2,M3,M4と、PチャンネルMOSトランジスタM
5,M6,M7と、抵抗R1とを備えている。
【0022】即ち、本実施例は、ソースが接地され、ゲ
ート・ドレインが相互に接続された第1のMOSトラン
ジスタM1と、ソースが接地されゲートが第1のMOS
トランジスタM1のゲートに接続された第2のMOSト
ランジスタM2と、第2のMOSトランジスタM2のド
レインにソースが接続されドレインが出力電極に接続さ
れた第3のMOSトランジスタM3と、ソースが接地さ
れ、ゲートとドレインとが相互に接続されかつ前記第3
のMOSトランジスタM3のゲートに接続されたソース
が接地された第4のMOSトランジスタM4と、前記第
1のMOSトランジスタM1の相互に短絡されたゲート
・ドレインに接続された第1の電流源と、前記第4のM
OSトランジスタM4の相互に短絡されたゲート・ドレ
インに接続された第2の電流源とを備えている。
ート・ドレインが相互に接続された第1のMOSトラン
ジスタM1と、ソースが接地されゲートが第1のMOS
トランジスタM1のゲートに接続された第2のMOSト
ランジスタM2と、第2のMOSトランジスタM2のド
レインにソースが接続されドレインが出力電極に接続さ
れた第3のMOSトランジスタM3と、ソースが接地さ
れ、ゲートとドレインとが相互に接続されかつ前記第3
のMOSトランジスタM3のゲートに接続されたソース
が接地された第4のMOSトランジスタM4と、前記第
1のMOSトランジスタM1の相互に短絡されたゲート
・ドレインに接続された第1の電流源と、前記第4のM
OSトランジスタM4の相互に短絡されたゲート・ドレ
インに接続された第2の電流源とを備えている。
【0023】トランジスタM1はトランジスタM2にバ
イアスを与え、トランジスタM4はトランジスタM3の
ゲートにバイアス電圧を与える。抵抗R1,トランジス
タM5,M6,M7は、トランジスタM1,M4に電流
を供給する電流源である。この回路において、トランジ
スタM2,M3は接地、出力(OUT)端子との間に直
列に接続され、トランジスタM2,M3ともに飽和領域
で動作されることにより、高出力抵抗を得る。MOSト
ランジスタの電流式の前記(1)において、λ・VDS
<<1として無視すると、トランジスタM2が飽和領域
にある条件は、次のように導くことが出来る。各MOS
トランジスタM1,M2,M3に適用する。
イアスを与え、トランジスタM4はトランジスタM3の
ゲートにバイアス電圧を与える。抵抗R1,トランジス
タM5,M6,M7は、トランジスタM1,M4に電流
を供給する電流源である。この回路において、トランジ
スタM2,M3は接地、出力(OUT)端子との間に直
列に接続され、トランジスタM2,M3ともに飽和領域
で動作されることにより、高出力抵抗を得る。MOSト
ランジスタの電流式の前記(1)において、λ・VDS
<<1として無視すると、トランジスタM2が飽和領域
にある条件は、次のように導くことが出来る。各MOS
トランジスタM1,M2,M3に適用する。
【0024】まず、MOSトランジスタM1,M2よ
り、次の諸式が得られる。
り、次の諸式が得られる。
【0025】
【0026】ここで、トランジスタM2は飽和領域であ
ると仮定する。又、I0は出力電流で、トランジスタM
2→トランジスタM3→出力OUTと流れる。I1はト
ランジスタM1への入力電流で、電流源M6の電流であ
る。又、MOSトランジスタM2が飽和領域であるため
には、次の(10)式であればよい。
ると仮定する。又、I0は出力電流で、トランジスタM
2→トランジスタM3→出力OUTと流れる。I1はト
ランジスタM1への入力電流で、電流源M6の電流であ
る。又、MOSトランジスタM2が飽和領域であるため
には、次の(10)式であればよい。
【0027】 VGS4≧VGS3+ΔV2 …(10) 従って、I4を電流源M7の出力で、トランジスタM4
の電流値とすると、次の(11),(12),(13)
式が得られる。
の電流値とすると、次の(11),(12),(13)
式が得られる。
【0028】
【0029】前記(11),(12),(13)を前記
(10)式に代入変形して、次の(14)式が得られ
る。
(10)式に代入変形して、次の(14)式が得られ
る。
【0030】
【0031】トランジスタM3が飽和領域にあれば、前
記(15)が満たされる限りトランジスタM2も飽和領
域にあり、出力抵抗は大きい。トランジスタM2とM3
のチャンネル幅,チャンネル長が等しいと仮定すると、
I4・L4/W4≧4I1・L1/W1であればよい。
最も広い出力電圧範囲を得るには前記(15)の等号が
成立する場合で、この場合出力電圧−出力電流特性は、
図2の様になる。典型的な値として、ΔV2=ΔV3=
140mVとすると、VOUT>280mVで、高い出
力抵抗を得る事が出来る。
記(15)が満たされる限りトランジスタM2も飽和領
域にあり、出力抵抗は大きい。トランジスタM2とM3
のチャンネル幅,チャンネル長が等しいと仮定すると、
I4・L4/W4≧4I1・L1/W1であればよい。
最も広い出力電圧範囲を得るには前記(15)の等号が
成立する場合で、この場合出力電圧−出力電流特性は、
図2の様になる。典型的な値として、ΔV2=ΔV3=
140mVとすると、VOUT>280mVで、高い出
力抵抗を得る事が出来る。
【0032】この回路が正常に動作するためには、次式
(16)であればよい。
(16)であればよい。
【0033】
【0034】ここで、ΔV6=VGS6−VTである。
典型的な例として、VGS1=0.7V+0.14V,
ΔV6=0.14Vとすると、VDD≧0.98Vで動
作する事が分かる。
典型的な例として、VGS1=0.7V+0.14V,
ΔV6=0.14Vとすると、VDD≧0.98Vで動
作する事が分かる。
【0035】尚、図1では、I1=I4で、トランジス
タM6のW/Lに対して、トランジスタM4をW/(4
L)にすればよい実施例が示してあるが、これ以外に、
同じ回路構成で、I4=4I1にして、トランジスタM
1とM4とを同一寸法にしてもよい。
タM6のW/Lに対して、トランジスタM4をW/(4
L)にすればよい実施例が示してあるが、これ以外に、
同じ回路構成で、I4=4I1にして、トランジスタM
1とM4とを同一寸法にしてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、広い出
力電圧範囲で高い出力抵抗を得ることができ、かつ従来
よりも低電圧でも動作するという効果が得られる。
力電圧範囲で高い出力抵抗を得ることができ、かつ従来
よりも低電圧でも動作するという効果が得られる。
【図1】本発明の実施例の定電流源回路を示す回路図で
ある。
ある。
【図2】図1の出力特性図である。
【図3】従来の定電流源回路の第1の例を示す回路図で
ある。
ある。
【図4】図3の出力特性図である。
【図5】従来の第2の例を示す回路図である。
【図6】図5の出力特性図である。
【図7】従来の第3の例を示す回路図である。
【図8】図7の出力特性図である。
M1〜M4,M19〜M28 NチャンネルMOSト
ランジスタ M5〜M7 PチャンネルMOSトランジスタ Iin 入力電流 Iout 出力電流 R1 抵抗
ランジスタ M5〜M7 PチャンネルMOSトランジスタ Iin 入力電流 Iout 出力電流 R1 抵抗
Claims (1)
- 【請求項1】 第1,第2の定電位源間に第1の電流源
と第1のトランジスタとを直列接続し、前記第1のトラ
ンジスタのソース又はドレインとゲートとを共通接続
し、第2,第3のトランジスタの直列体を出力端子と前
記第2の定電位源との間に接続し、前記第2のトランジ
スタのゲートを前記第1のトランジスタのゲートに接続
し、前記第1,第2の定電位源間に第4のトランジスタ
と第2の電流源とを直接接続し、前記第3,第4のトラ
ンジスタのゲート同士を接続し、前記第4のトランジス
タのソース又はドレインとゲートとを共通接続したこと
を特徴とする定電流源回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26445392A JP2956381B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 定電流源回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26445392A JP2956381B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 定電流源回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06119071A JPH06119071A (ja) | 1994-04-28 |
JP2956381B2 true JP2956381B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=17403417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26445392A Expired - Lifetime JP2956381B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 定電流源回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2956381B2 (ja) |
-
1992
- 1992-10-02 JP JP26445392A patent/JP2956381B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06119071A (ja) | 1994-04-28 |
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