JP2972814B2 - 集積トランジスタ回路 - Google Patents

集積トランジスタ回路

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    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/46One-port networks
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、第1端子及び第2端子間で可変抵抗を形成
するように構成されたMOS技術の集積トランジスタ回路
であって、この集積トランジスタ回路が、 −第1及び第2トランジスタを具え、これらトランジス
タの各々が制御電極と第1及び第2主電極間の主電流通
路とを有し、第1トランジスタの第1及び第2主電極が
前記の第1及び第2端子にそれぞれ結合され、第2トラ
ンジスタの第1及び第2主電極が前記の第2及び第1端
子にそれぞれ結合され、 −第3及び第4トランジスタを具え、これらトランジス
タの各々が制御電極と、第1及び第2主電極間の主電流
通路とを有し、 −前記の第3及び第4トランジスタの主電流通路にそれ
ぞれ結合された第1及び第2可制御電流源を具え た集積トランジスタ回路に関するものである。
(従来の技術) このような回路は、P.E.アレン(Allen)及びD.R.ホ
ルベング(Holberg)氏著の本“CMOS アナログ・サー
キュイット・デザイン(Analog Circuit Design)”、
第217頁、第5.2−5図に開示されている。集積化MOS回
路では、受動多結晶珪素或いは拡散受動抵抗の代わりに
能動MOSトランジスタを抵抗体として用いるのが一般的
なことである。一般に、能動抵抗体はこれと等価の受動
抵抗体よりも小さな表面積を有するばかりではなく、調
整可能でもある。これらの能動抵抗体では、MOSトラン
ジスタの主電極(ソース、ドレイン)間の主電流通路の
チャネルが抵抗体として機能する。このチャネルの抵抗
はMOSトランジスタの制御電極(ゲート)及び第1主電
極(ソース)間の電圧が可変であることにより制御され
る。しかし、主電流通路のチャネル抵抗は選択したゲー
ト−ソース電圧に依存するばかりではなく、ドレイン−
ソース電圧の値及び極性にも依存する。主電流通路のチ
ャネル抵抗はドレイン−ソース電圧の特定範囲に亘って
ほぼ一定である為、このチャネル抵抗を電圧依存リニア
抵抗と称することができる。しかし、ドレイン−ソース
電圧が増大すると、主電流源におけるドレイン−ソース
電流とこの主電流源にまたがるドレイン−ソース電圧と
の間の、MOTトランジスタに固有の非直線関係が著しい
ものとなる。従ってMOSトランジスタのチャネル抵抗が
可成り一定となるドレイン−ソース電圧範囲が可成り制
限される。他の制限は集積MOSトランジスタの“ボディ
効果”すなわち“バルク効果”やしばしば“バックゲー
ト効果”とも称されるものによって課せられる。この効
果は、集積回路の基板と集積化されたMOSトランジスタ
の主電流通路の第1主電極(ソース)との間の電圧差が
一定でない場合に著しいものとなる。このことは、MOS
トランジスタが基板に対して浮遊している抵抗体として
構成されている場合に特にそうである。この場合基板は
追加の制御電板(バックゲート)として作用し、これが
主電流通路のチャネル抵抗に悪影響を及ぼす。ボディ効
果をチャネル抵抗に非線形的な影響を及ぼす。
前述した従来のトランジスタ回路は、能動抵抗体とし
て構成した浮遊MOSトランジスタの主電流通路をリニア
抵抗体として用いることのできる電圧範囲を拡張する解
決策を与えている。能動可制御抵抗体を形成するため
に、第1トランジスタ及び第2トランジスタの主電流通
路が第1及び第2端子間に並列に配置されている。第1
及び第2トランジスタの制御電極におけるハイアス電圧
は、第3トランジスタの主電流通路に結合された第1可
制御電流源と第4トランジスタの主電流通路に結合され
た第2可制御電流源とによってそれぞれ供給される。こ
の従来の構造では、集積化トランジスタに固有の非線形
動作により生ぜしめられる、チャネル抵抗への非線形影
響を第1及び第2トランジスタの主電極を交差結合する
ことにより補償している。これにより非線形影響が互い
に相殺され、従ってこれにより形成される抵抗が線形で
あるドレイン−ソース電圧の範囲が可成り拡張する。前
述した本には、交差結合により第1トランジスタにおけ
るボディ効果が第2トランジスタにおけるボディ効果に
より相殺されると述べられているも、このことは全く或
いは完全に真実ではない。
(発明が解決しようとする課題) 上述した従来の回路では、第1及び第2トランジスタ
の主電流通路の両端間の瞬時電圧と依然としてこれらト
ランジスタのバックゲート−ソース電圧に影響を及ぼ
す。
本発明の目的は、第1及び第2トランジスタにおける
ボディ効果を最小とした集積化能動可変MOS抵抗体を提
供せんとするにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、第1端子及び第2端子間で可変抵抗体を形
成するように構成されたMOS技術の集積トランジスタ回
路であって、この集積トランジスタ回路が、 −第1及び第2トランジスタを具え、これらトランジス
タの各々が制御電極と第1及び第2主電極間の主電流通
路とを有し、第1トランジスタの第1及び第2主電極が
前記の第1及び第2端子にそれぞれ結合され、第2トラ
ンジスタの第1及び第2主電極が前記の第2及び第1端
子にそれぞれ結合され、 −第3及び第4トランジスタを具え、これらトランジス
タの各々が制御電極と、第1及び第2主電極間の主電流
通路とを有し、 −前記の第3及び第4トランジスタの主電流通路にそれ
ぞれ結合された第1及び第2可制御電流源を具え た集積トランジスタ回路において、 前記の第3トランジスタの制御電極がこの第3トラン
ジスタの第2主電極と前記の第1トランジスタの制御電
極とに結合され、 前記の第4トランジスタの制御電極がこの第4トラン
ジスタの第2主電極と前記第2トランジスタの制御電極
とに結合され、 前記の第1トランジスタの第1主電極は前記の第3ト
ランジスタの第1主電極に結合され、 前記の第2トランジスタの第1主電極は前記の第4ト
ランジスタの第1主電極に結合されていることを特徴と
する。
第1及び第2可制御電流源からの電流は第3及び第4
トランジスタの主電流通路をそれぞれ流れる。これらト
ランジスタはこれらの制御電極をこれらの第2主電極に
接続することにより抵抗体として構成される。第3及び
第4トランジスタの主電流通路の両端間の電圧降下は第
1及び第2トランジスタの制御電極及び第1主電圧間の
バイアス電圧をそれぞれ提供する。第1主電極は基板に
対し浮遊している為、第1及び第2トランジスタのボデ
ィ効果は第3及び第4トランジスタの等しいボディ効果
によりそれぞれ補償される。この場合、第3及び第4ト
ランジスタのバックゲートは第1及び第2トランジスタ
のバックゲートと同様に集積回路の基板に直接接続する
ことができる。
(実施例) 第1図は基板に対して浮遊している可変抵抗を実現し
うる集積化トランジスタ回路を示す回路図である。本例
ではエンハンスメント型MOSトランジスタを用いている
も、後に説明する電源電圧及びバイアス電流源を適切に
変更することにより所望に応じPMOS技術でのディプリー
ション型のトランジスタを用いることもできる。トラン
ジスタは第1及び第2主電極と制御電極とを有し、これ
ら電極はそれぞれMOSトランジスタのソース、ドレイン
及びゲートに相当する。これら電極を、関連のトランジ
スタの番号を付した文字S,D及びGでそれぞれ表してい
る。第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2の主電
流通路は第1端子1と第2端子2との間に配置され、第
1端子1がトランジスタT1のソースS1及び第2トランジ
スタT2のドレインD2に接続され、第2端子2がトランジ
スタT1のドレインD1及びトランジスタT2のソースS2に接
続されている。従って、トランジスタT1及びT2の主電流
通路は互いに逆並列に配置されている。トランジスタT1
及びT2の主電流通路の並列回路は、端子1及び2間に配
置され第1及び第2トランジスタのゲート−ソース電圧
によって決定される抵抗値を有する可変抵抗を構成す
る。第1トランジスタT1に対するゲート−ソース電圧
は、主としてトランジスタT1にほぼ等しい第3トランジ
スタT3と可制御電流源3及び4とを有するバイアス回路
によって与えられる。トランジスタT3のドレインD3及び
ゲートG3は相互接続され且つトランジスタT1のゲートG1
に接続され、トランジスタT3のソースS3はトランジスタ
T1のソースS1に接続されている。ソランジスタT3の主電
流通路は可制御電流源3を経て第1電源端子7に結合さ
れ且つ可制御電流源4を経て第2電源端子8に結合され
ている。NMOSトランジスタを用いた本例では、端子7に
おける電源電圧を接地されていると考えられる端子8に
おける電源電圧に対し正にする必要がある。同様に、ト
ランジスタT2のゲート−ソース電圧はトランジスタT2に
ほぼ等しいトランジスタT4と、2つの可制御電流源5及
び6とにより発生せしめられ、トランジスタT2及び4や
電流源5及び6の対応素子がトランジスタT1及びT3や電
流源3及び4の素子と同様に配置されている。
電流源3,4,5及び6は適切な手段(図示せず)により
制御でき、これらの電流はすべて同じ値ICを有する。電
流源3からの電流ICはトランジスタT3の主電流通路を経
て電流源4に流れ、電流源5からの電流ICはトランジス
タT4の主電流通路を経て電流源6に流れる。
回路の動作を説明するために、第2a図に、可制御電流
源3及び4の5つの異なる値ICに対するトランジスタT1
の主電流通路を通る電流ID1S1をトランジスタT1の主電
流通路の両端間の電圧VDSに対しプロットしたグラフ線
図を示す。これらの電流及び電圧に対して与えた値は単
に説明の目的で用いたものであり、種々の処理パラメー
タに応じて異ならせることができる。電圧VDSを電流ID1
S1の値で割ることにより、トランジスタT1の抵抗値RD1S
1が得られる。この結果を第2b図に示してあり、この第2
b図では、異なるように選択した5つのバイアス電流IC
に対するトランジスタT1の抵抗値RD1S1をトランジスタT
1の電圧VDSに対しプロットしてある。抵抗値RD1S1が瞬
時電圧VDSに依存していかに変化するかはこの第2b図か
ら明瞭に分かる。第1図に既に示してあるように、トラ
ンジスタT1に対し、全く同じく制御されるトランジスタ
T2を並列に、しかしドレイン及びソースを互いに交差的
に交換して接続することにより、抵抗値RD1S1の非線形
動作を補償することができる。その結果を第2c図に示
す。この第2c図では、トランジスタT1及びT2の並列接続
された主電流通路の全抵抗値を5つの選択したバイアス
電流ICに対し主電流通路の両端間の電圧VDSの関数とし
て示してある。抵抗RDSがほぼ一定に保たれている電圧V
DSの範囲は第2b図における抵抗RD1S1に比べて可成り広
くなっている。
本発明によるトランジスタ回路は集積化MOSトランジ
スタ回路中の浮遊可変抵抗として用いることができる。
このような回路の一例は可変時定数を有するフイルタ回
路である。大きな値の可変抵抗は第3図に示すように複
数の抵抗を直列に配置することにより得ることができ
る。この第3図は第1図に示す可変抵抗回路を2つ直列
に配置した例を示す。しかし、この場合可制御電流源5
及び6とトランジスタT4とは第1可変抵抗R1のトランジ
スタT2のゲート−ソース電圧のみならず、第2可変抵抗
R2のトランジスタT11のゲート−ソース電圧をも与える
ものである。第2可変抵抗R2は更にトランジスタT12及
びT14と可制御電流源15及び16とを有し、これらは第1
可変抵抗R1のトランジスタT2及びT4と電流源5及び6と
それぞれ対応し同様に配置されている。
【図面の簡単な説明】 第1及び3図は、本発明による可変MOS抵抗の実施例を
示す回路図、 第2a,2b及び2c図は、第1図に示す実施例の特性を説明
するための特性曲線図である。 1……第1端子 2……第2端子 3〜6……可制御電流源 7,8……電源端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 P.E.ALLEN et a l.:”CMOS analog ci rcvit design”,1987,p ages 211−218,Holt,Rin ehart and Winston, Inc.,New York,US ELECTRONICS LETTE RS,vol.22,no.12,5th June 1986,pages 667− 668,Stevenage,GB;K. NAGARAJ:“New CMOS floating voltage−c ontrolled resisto r" (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03H 11/24,11/46 H03G 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1端子及び第2端子間で可変抵抗を形成
    するように構成されたMOS技術の集積トランジスタ回路
    であって、この集積トランジスタ回路が、 −第1及び第2トランジスタを具え、これらトランジス
    タの各々が制御電極と第1及び第2主電極間の主電流通
    路とを有し、第1トランジスタの第1及び第2主電極が
    前記の第1及び第2端子にそれぞれ結合され、第2トラ
    ンジスタの第1及び第2主電極が前記の第2及び第1端
    子にそれぞれ結合され、 −第3及び第4トランジスタを具え、これらトランジス
    タの各々が制御電極と、第1及び第2主電極間の主電流
    通路とを有し、 −前記の第3及び第4トランジスタの主電流通路にそれ
    ぞれ結合された第1及び第2可制御電流源を具え た集積トランジスタ回路において、 前記の第3トランジスタの制御電極がこの第3トランジ
    スタの第2主電極と前記の第1トランジスタの制御電極
    とに結合され、 前記の第4トランジスタの制御電極がこの第4トランジ
    スタの第2主電極と前記の第2トランジスタの制御電極
    とに結合され、 前記の第1トランジスタの第1主電極は前記の第3トラ
    ンジスタの第1主電極に結合され、 前記の第2トランジスタの第1主電極は前記の第4トラ
    ンジスタの第1主電極に結合されていることを特徴とす
    る集積トランジスタ回路。
JP2011965A 1989-01-25 1990-01-23 集積トランジスタ回路 Expired - Fee Related JP2972814B2 (ja)

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