JP3076097B2 - 基準電位発生回路 - Google Patents
基準電位発生回路Info
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- JP3076097B2 JP3076097B2 JP03212543A JP21254391A JP3076097B2 JP 3076097 B2 JP3076097 B2 JP 3076097B2 JP 03212543 A JP03212543 A JP 03212543A JP 21254391 A JP21254391 A JP 21254391A JP 3076097 B2 JP3076097 B2 JP 3076097B2
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Description
し、特に、外部からの電源電圧を内部で降圧して使用す
る型のメモリのような半導体集積回路に用いられる基準
電位発生回路に関する。
路(以降集積回路と記す)においては、消費電力を低減
し高密度集積化を図るために、外部から供給された電源
電圧をチップ内部で降圧し、基準電位を発生させてこれ
を電源として使用することが多くなってきている。
発生回路の一例の回路図を図5(a)に示す。図5
(a)を参照すると、この基準電位発生回路では、ΔV
TP電位発生回路1でしきい値電圧が異なる2つのPチャ
ンネルMOS電界効果型トランジスタ(以後PMOSと
記す)のしきい値電圧の差ΔVTPを発生させる。ΔVTP
電位発生回路1で生成された電位V3 (=ΔVTP)は、
コンパレータ2に入力される。基準電位発生回路として
の出力端3は、コンパレータ2からの出力をゲートに受
けるPMOSトランジスタQ3 によって駆動される。出
力端3から出力される基準電位VREF は、抵抗R1 およ
びR2 の抵抗値をそれぞれR1 (Ω)およびR2 (Ω)
として、 VREF ={(R1 +R2 )/R2 }V3 (V) … となる。
明しておく。図5(b)は、ΔVTP電位発生回路の一例
の回路図である。図5(b)を参照すると、このΔVTP
電位発生回路では、電源端子4と接地端子5との間に直
列に設けられた3つのPMOSトランジスタQ10,Q11
およびQ12によって、電源電圧VCCよりも、PMOSト
ランジスタのしきい値電圧の大きさ|VTP|の2倍だけ
下がった電位が生成される。この電位は、能力が等しい
3つのPMOSトランジスタQ13,Q16およびQ20のゲ
ートに入力される。PMOSトランジスタQ13,Q16お
よびQ20はゲート電位が等しいので、それぞれのソース
・ドレイン間電流が一致する。
設けられたNチャンネルMOS電界効果型トランジスタ
(以後NMOSトランジスタと記す)Q21とNMOSト
ランジスタQ19においても、それぞれのトランジスタの
能力を等しくしてあり且つゲートが共通であるので、そ
れぞれのソース・ドレイン間電流が一致する。
列に接続されたPMOSトランジスタQ14と、PMOS
トランジスタQ16に直列に接続されたPMOSトランジ
スタQ17を含め、PMOSトランジスタQ13,Q14,Q
16,Q17およびQ20並びにNMOSトランジスタQ19お
よびQ21のソース・ドレイン間電流は全て一致する。
ランジスタQ14のしきい値電圧の大きさを、他のPMO
Sトランジスタのしきい値電圧よりも大きくしておく。
すると、電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ14のし
きい値電圧よりも大きくなれば、このΔVTP電位発生回
路1の出力電位V3 は、2つのPMOSトランジスタQ
14およびQ17のしきい値電圧の差をΔVTPとして、V3
=ΔVTP(V)となる。
うなΔVTP電位発生回路1を有する基準電位発生回路に
おける電源電圧VCCと基準電位VREF との関係を考察し
ておく。図6中に実線で示す直線は、PMOSトランジ
スタQ14およびQ17のしきい値電圧をそれぞれ−VTP14
および−VTP17とし、−VTP14=−1.50(V),−
VTP17=−0.75(V)であり、且つR1 :R2 =
2.55:0.75である時の、電源電圧VCCと基準電
位VREF との関係を示す。
すると、この基準電位発生回路においては、電源電圧V
CCが0(V)から上昇を始め0.75(V)に達する
と、PMOSトランジスタQ13,Q16およびQ20がソー
ス・ドレイン間電流を流し始め、V3 が上昇を始める。
その後、電源電圧VCCが更に上昇して1.50(V)に
達すると、PMOSトランジスタQ14もソース・ドレイ
ン間電流を流し始めて、V3 =ΔVTP=0.75(V)
となる。更に電源電圧VCCが、前述の式で決まる値、
{(R1 +R2 )/R2 }V3 ={(2.55+0.7
5)/0.75}×0.75=3.3(V)以上になる
と、基準電位VREF は、VREF =3.3(V)で一定と
なる。
の基準電位発生回路では、互いに異なるしきい値電圧を
持つPMOSトランジスタの、しきい値電圧の差をコン
パレータで差動増幅して基準電位を得る構成となってい
る。
値電圧の差ΔVTPを大きくして、増幅率を小さくするこ
とが望ましい。ところが、PMOSトランジスタのしき
い値電圧は、トランジスタの構造および製造条件で決ま
ってしまい、それらのしきい値電圧の差には、大きくす
る限度がある。
方法として、図5(b)に示すようなΔVTP電位発生回
路に回路的な工夫をして大きなしきい値電圧差を得る方
法がある。すなわち、上述したΔVTP電位発生回路で
は、しきい値電圧の差は、PMOSトランジスタQ14お
よびQ17のしきい値電圧の差として、ΔVTP=(VTP14
−VTP17)を得ていたが、これらのPMOSトランジス
タを複数段積み重ねて、n(VTP14−VTP17)(但し、
nは積み重ねたPMOSトランジスタの段数)のしきい
値電圧差を得る方法である。
上述のようにしてしきい値電圧差を大きくすると、電源
を投入した後、電源電圧が所定の値に安定するまでの間
の動作に不都合が生ずるという欠点がある。以下にその
説明を行なう。
おいて、しきい値電圧差を決めるPMOSトランジスタ
を2段積み重ねたものとする。このようなΔVTP電位発
生回路(以後、2ΔVTP電位発生回路と記す)の回路図
を図7に示す。図7を参照すると、この2ΔVTP電位発
生回路が図5(b)に示すΔVTP電位発生回路と異なる
のは、PMOSトランジスタQ14と接地端子5との間に
PMOSトランジスタQ15が接続されており、更に、P
MOSトランジスタQ17に直列にPMOSトランジスタ
Q18が接続されていることである。
MOSトランジスタQ13,Q16およびQ20とNMOSト
ランジスタQ19およびQ21のそれぞれのソース・ドレイ
ン間電流は、前述のΔVTP電位発生回路の場合と同様
に、全て等しい。そして、電源電圧がある程度以上に上
ると、電位V3 は、PMOSトランジスタQ14,Q15,
Q17およびQ18のしきい値電圧をそれぞれ、−VTP14,
−VTP15,−VTP17および−VTP18として、V3 =V
TP14+VTP15−VTP17−VTP18(V)となる。
と、基準電位発生回路としての出力電位と電源電圧VCC
との関係は、図6に破線で示すような関係になる。但
し、この場合には、図5(a)および図7において、P
MOSトランジスタQ12,Q14およびQ15のしきい値電
圧を−1.50(V)とし、その他のPMOSトランジ
スタのしきい値電圧を−0.75Vとしている。つまり
ΔVTP=0.75(V)である。また抵抗値R1 および
R2 の比をR1 :R2 =1.8:1.5としている。
尚、PMOSトランジスタQ12のしきい値電圧を高くし
ているのは、消費電流を小さくするためである。
と、この2ΔVTP電位発生回路によって駆動される出力
端3の基準電位VREF は、PMOSトランジスタQ12の
しきい値電圧の大きさと電源電圧VCCとが等しくなる
(VCC=1.5V)と、上昇を始める。そして電源電圧
VCCがPMOSトランジスタQ14およびQ15のそれぞれ
のしきい値電圧の大きさの合計値(=3.0V)に等し
くなると、V3 =2ΔVTP=1.5(V)になる。その
後電源電圧VCCが更に上昇して、{(R1 +R2 )/R
2 }V3 ={(1.8+1.5)/1.5}×1.5で
決まる値(=3.3V)以上になると、出力端3の電位
は、VREF =3.3(V)で一定となる。
の時の出力の基準電位VREF と電源電圧VCCとの関係を
見てみると、VREF =2(VCC−1.50)(V)とな
る。
て、電源がオフ状態からオン状態になった直後の電源電
圧VCCの立ち上りの期間を考えると、この期間での出力
基準電位VREF と電源電圧VCCとの差が、図6から明ら
かなように、ΔVTP電位発生回路が用いられている場合
に比べて大きいことを示している。つまり、2ΔVTP電
位発生回路を用いてしきい値電圧差を大きくすること
は、S/N比の点では有利になるが、電源投入後の電源
立ち上りの期間における他の回路の動作に対する保証の
点では不利となる。
回路の欠点に鑑みてなされたものであって、電源投入時
の他の回路の動作を保証する性能に優れ、しかも電源電
圧が目標出力電位以上になった時にはS/N比が良好で
安定した基準電位を発生する基準電位発生回路を提供す
ることを目的とする。
回路は、トランジスタのしきい値電圧差の整数倍である
第1の基準電位を生成する第1の基準電位発生回路と、
出力端と第1の電源電圧が供給される端子との間に接続
された分圧回路と、第1の基準電位及び分圧回路により
分圧された電位を比較しこの比較した結果に基づき出力
端を駆動する第1の駆動回路と、トランジスタのしきい
値電圧の整数倍である第2の基準電位を生成する第2の
基準電位発生回路と、第2の基準電位及び出力端の電位
とを比較しこの比較した結果に基づき出力端を駆動する
第2の駆動回路と、電源投入から第1のタイミングまで
の期間に出力端を駆動する第3の駆動回路とを備え、電
源投入から第1のタイミングまでの期間は第3の駆動回
路が出力端に第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧
を供給し、第1のタイミングから第2のタイミングまで
の期間は第2の駆動回路が出力端に第2の電源電位を供
給し、第2のタイミング以降は第1の駆動回路が出力端
に所望の電位を供給すべく出力端を駆動することを特徴
とする。
照して説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す回
路図である。図1を参照すると、この実施例は、電源投
入を検知するパワーオン信号発生回路6と、パワーオン
信号PONをゲートに受けて出力端3を駆動する第1ドラ
イブのPMOSトランジスタQ1 と、PMOSトランジ
スタのしきい値電圧の大きさ|VTP|の2倍の電位V2
を生成する2|VTP|電位発生回路7と、電位V2 と出
力の基準電位VREF との大きさを比較するコンパレータ
8と、コンパレータ8の出力をゲートに受けて出力端3
を駆動する第2ドライブのPMOSトランジスタQ
2 と、しきい値が異なる2種類のPMOSトランジスタ
のしきい値電圧の差ΔVTPの2倍の電位V3 を生成する
2ΔVTP電位発生回路9と、出力端3と接地端子5との
間に直列に設けられ、抵抗値がそれぞれR1 (Ω)およ
びR2 (Ω)の抵抗R1 およびR2 と、抵抗R1 および
R2 によって抵抗分割された分割点Aの電位と電位V3
とを比較するコンパレータ2と、コンパレータ2の出力
をゲートに受けて出力端3を駆動する、第3ドライブの
PMOSトランジスタQ3 とからなっている。
来と同じく、図7に示す回路が用いられている。
図2を参照して説明する。図2を参照すると、この2|
VTP|電位発生回路7においては、電源端子4と接地端
子5との間に直列に設けられた3つのPMOSトランジ
スタQ4 ,Q5 およびQ6 により、電源電圧VCCよりも
PMOSトランジスタのしきい値の大きさの2倍だけ低
い電位が生成される。この電位はPMOSトランジスタ
Q7 のゲートに入力される。そして、このPMOSトラ
ンジスタQ7 のドレインから出力の電位V2 が取り出さ
れる。電位V2 は、接地電位より、2つのPMOSトラ
ンジスタQ8 およびQ9 のしきい値電圧の大きさの合計
分だけ高い電位となっている。
発生回路6によって発生されるパワーオン信号PONは、
図3(a)に示すような電源電圧VCC依存性をもってい
る。すなわち、図3(a)において、電源投入直後、電
源電圧VCCがある一定値(この例では2.0V)に到達
する迄は、パワーオン信号PONの電位は0(V)であ
る。そして電源電圧VCCがこの一定値(=2V)以上で
は、パワーオン信号PONは、電源電圧VCCと等しい電位
をもつ。
に説明する。図3(b)は、本実施例の動作を説明する
ための、基準電位VREF と電源電圧VCCとの関係を示す
図である。
TP|電位発生回路7において、PMOSトランジスタQ
6 ,Q8 およびQ9 のしきい値電圧を−1.50(V)
としその他のPMOSトランジスタのしきい値電圧を−
0.75(V)としている。又、図7に示す2ΔVTP電
位発生回路9においては、前述したと同じに、PMOS
トランジスタQ12,Q14およびQ15のしきい値電圧を−
1.50(V)とし、それ以外のPMOSトランジスタ
のしきい値電圧を−0.75(V)とし、抵抗R1 と抵
抗R2 との比をR1 :R2 =1.8:1.5としてい
る。尚、本実施例において、PMOSトランジスタQ6
およびQ12のしきい値電圧を大きくしているのは、消費
電流を小さくするためである。
来と同様に、2ΔVTP電位発生回路9からの電位V3 に
よる第3ドライブだけで駆動されている場合を考える。
CCとの関係が、図3(b)に実線で示すようなものとな
る。すなわち、既に説明したように、電源電圧VCCが
3.0(V)以下の時、基準電位VREF は、 VREF =2・(VCC−1.50)(V) となり、基準電位VREF の値が電源電圧VCCの値よりか
なり低くなってしまうので、電源電圧が低い時の他の回
路の動作に対する保証能力が下ってしまう。
発生回路7からの電位V2 による第2ドライブである。
第2ドライブにより駆動される出力端3の基準電位V
REF は、図3(b)中に破線で示すように、電源電圧V
CCがMOSトランジスタQ6 のしきい値電圧の大きさ
1.5(V)より上昇すると、 VREF =VCC で駆動され、更に、電源電圧VCCが3.0(V)以上に
上昇した後は、 VREF =3.0(V) で一定となる。
ワーオン信号PONを受けて第1のドライブによって駆動
される出力端の電位は、図3(b)中に一点鎖線で示す
ように、電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ1 のし
きい値電圧の大きさ0.75(V)より上昇すると、パ
ワーオン信号PONがハイとなるまで(この例ではVCC=
2Vになるまで)、 VREF =VCC である。
生回路では、電源電圧VCCが、0.75(V)〈V
CC〈3.30(V)の範囲で、 出力の基準電位が、VREF =VCC 電源電圧VCCが、VCC〉3.30(V)の範囲で、 出力基準電位が、VREF =3.30(V) となる。
回路は、電源が投入された直後における他の回路の動作
に対する保証能力は従来通り確保し、しかも、電源電圧
が所定の値に達した後でのS/N比の点では優れた性能
を得ていることが分る。
る。図4は、本実施例における、電位V2 および電位V
3 を得るための回路の回路図である。図4を参照すると
本実施例では、2|VTP|電位発生回路と2ΔVTP電位
発生回路とを別々に用意することをやめ、図7に示す2
ΔVTP電位発生回路と同様の回路で、2ΔVTPの電位V
3 を得る過程で生成される電位を、2|VTP|=V2と
して利用しているので回路構成が簡単になっている。
トランジスタQ12に替えて抵抗R3 を用いているので、
電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ13,Q16および
Q20のしきい値電圧の大きさ以上に上昇すれば、出力端
3が、電位V2 による第2ドライブによっても電源電源
電圧VCCに等しくなるように駆動される構成になってい
る。
発生回路は、電源電圧が、内部基準電位の目標値より低
い時に、電源電圧と内部基準電位とが等しくなるように
出力端を駆動する回路を備えている。このことにより、
内部基準電位を目標値に設定する回路は、低電源電圧動
作の保証を考慮することなく、電源電圧が、内部基準電
位の目標値より上昇した時のみの性能を考慮して、設計
できる。従って本発明によれば、S/N比が良好で安定
した動作をする優れた性能をもつ基準電位発生回路を提
供することができる。このことは、半導体集積回路の低
消費電力化・高密度化にとって非常に大きな利点であ
る。
回路の回路図である。
ーオン信号の電位と、電源電圧との関係を示す図であ
る。分図(b)は、本発明の第1の実施例の動作を説明
するための、出力の基準電位と電源電圧との関係を示す
図である。
び電位V3 を発生する回路の回路図である。
図である。分図(b)は、分図(a)における、ΔVTP
電位発生回路の回路図である。
の、出力の基準電位と電源電圧との関係を示す図であ
る。
実施例に用いられる2ΔVTP電位発生回路の回路図であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】トランジスタのしきい値電圧差の整数倍で
ある第1の基準電位を生成する第1の基準電位発生回路
と、 出力端と第1の電源電圧が供給される端子との間に接続
された分圧回路と、 前記第1の基準電位及び前記分圧回路により分圧された
電位を比較しこの比較した結果に基づき前記出力端を駆
動する第1の駆動回路と、 トランジスタのしきい値電圧の整数倍である第2の基準
電位を生成する第2の基準電位発生回路と、 前記第2の基準電位及び前記出力端の電位とを比較しこ
の比較した結果に基づき前記出力端を駆動する第2の駆
動回路と、 電源投入から第1のタイミングまでの期間に前記出力端
を駆動する第3の駆動回路とを備え、 前記電源投入から第1のタイミングまでの期間は前記第
3の駆動回路が前記出力端に前記第1の電源電圧よりも
高い第2の電源電圧を供給し、 前記第1のタイミングから第2のタイミングまでの期間
は前記第2の駆動回路が前記出力端に前記第2の電源電
圧を供給し、 前記第2のタイミング以降は前記第1の駆動回路が前記
出力端に所望の電位を供給すべく前記出力端を駆動する
ことを特徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項2】 前記第1の電源電圧は接地電圧であり、
前記第2の電源電圧はVccであり、前記第2の駆動回
路の駆動電圧は前記第1の駆動回路の駆動電圧よりも低
いことを特徴とする請求項1記載の基準電圧発生回路。 - 【請求項3】出力端と、 前記出力端に供給される基準電位を生成する第1の駆動
回路と、 前記基準電位よりも低い電源電圧が外部から供給されて
いる期間にその電位が上昇中の前記電源電圧と同等の電
位を前記出力端に供給する第2の駆動回路と、電源投入から前記基準電位よりも低い電源電圧が外部か
ら供給されている期間にその電位が上昇中の前記電源電
圧と同等の電位を前記出力端に供給する第3の 駆動回路
とを備え、 前記第1の駆動回路は、トランジスタのしきい値電圧差
の整数倍である第1の基準電位を生成する第1の基準電
位発生回路と、前記出力端に供給される基準電位を分割
する分割回路と、前記分割回路によって分割された電位
と前記第1の基準電位発生回路によって生成された前記
第1の基準電位とを比較し、その比較した結果をもって
前記出力端を駆動する第1のコンパレータを有し、 前記第2の駆動回路は、 トランジスタのしきい値電圧
の整数倍である第2の基準電位を生成する第2の基準電
位発生回路と、 前記出力端に供給されている電位と前
記第2の基準電位発生回路によって生成された第2の基
準電位とを比較し、その比較した結果をもって前記出力
端を駆動する第2のコンパレータを有し、前記第3の駆動回路は、前記電源投入を検出してパワー
オン信号を生成するパワーオン信号発生回路と、前記パ
ワーオン信号に応答して前記出力端に前記その電位が上
昇中の前記電源電圧と同等の電位を供給する手段を備え
る ことを特徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項4】トランジスタのしきい値電圧差の整数倍で
ある第1の基準電位を生成する第1の基準電位発生回路
と、 トランジスタのしきい値電圧の整数倍である第2の基準
電位を生成する第2の基準電位発生回路と、 出力端と第1の電源端子との間に接続された分圧回路
と、 前記第1の基準電位を非反転入力端に受け前記分圧回路
により分圧された電位を反転入力端に受けて前記第1の
基準電位及び前記分圧回路により分圧された電位に基づ
き前記出力端に供給される電圧が第1の電位から所定の
電位に到達すべく前記出力端を駆動する第1の負帰還駆
動回路と、 前記第2の基準電位を非反転入力端に受け前記出力端の
電位を反転入力端に受けて前記第2の基準電位及び前記
出力端の電位に基づき前記第1の電位に到達するまで前
記出力端を駆動する第2の負帰還駆動回路と、 電源投入から所定の期間前記出力端を駆動するパワーオ
ン駆動回路とを備えることを特徴とすることを特徴とす
る基準電圧発生回路。
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