JP3076097B2 - 基準電位発生回路 - Google Patents

基準電位発生回路

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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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康二 越川
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/22Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied
    • H03K17/223Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基準電位発生回路に関
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。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体メモリなどの半導体集積回
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。
【0003】この種の集積回路における従来の基準電位
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。
【0004】ここで、ΔVTP電位発生回路1について説
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
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。
【0005】更に、PMOSトランジスタQ20に直列に
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。
【0006】すなわち、PMOSトランジスタQ13に直
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
よびQ21のソース・ドレイン間電流は全て一致する。
【0007】このような回路構成において、PMOSト
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のしきい値電圧差をΔVTPとして、V3
=ΔVTP(V)となる。
【0008】次に、後の説明の便利のために、上述のよ
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),−
TP17=−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。
【0009】図5(a),図5(b)および図6を参照
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。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
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。
【0011】従って、S/N比の点からいえば、しきい
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。
【0012】しきい値電圧の差を大きくするための別の
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
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。
【0013】ところが、従来の基準電位発生回路には、
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。
【0014】いま、一例として、ΔVTP電位発生回路に
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
18が接続されていることである。
【0015】この2ΔVTP電位発生回路においては、P
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
17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。
【0016】このような2ΔVTP電位発生回路を用いる
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
2 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。
【0017】図5(a),図6および図7を参照する
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
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
CC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。
【0018】ここで、電源電圧VCCが3.0(V)以下
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。
【0019】このことは、この基準電位発生回路におい
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
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。
【0020】本発明は上述のような従来の基準電位発生
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。
【0021】
【課題を解決するための手段】 本発明の基準電圧発生
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。
【0022】
【実施例】次に本発明の最適な実施例について図面を参
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
2 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。
【0023】ここで、2ΔVTP発生回路9としては、従
来と同じく、図7に示す回路が用いられている。
【0024】次に、2|VTP|電位発生回路7について
図2を参照して説明する。図2を参照すると、この2|
TP|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
7 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。
【0025】次に、本実施例において、パワーオン信号
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。
【0026】以下に、この実施例の動作について具体的
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。
【0027】ここで、本実施例では、図2に示す2|V
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
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。
【0028】先ず、本実施例において、出力端3が、従
来と同様に、2ΔVTP電位発生回路9からの電位V3
よる第3ドライブだけで駆動されている場合を考える。
【0029】この場合は、基準電位VREF と電源電圧V
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
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。
【0030】この点をカバーするのが、2|VTP|電位
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。
【0031】一方、パワーオン信号発生回路6からのパ
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。
【0032】以上をまとめると、本実施例の基準電位発
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。
【0033】以上のことから、本実施例の基準電位発生
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。
【0034】次に本発明の第2の実施例について説明す
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
して利用しているので回路構成が簡単になっている。
【0035】また、図7に示す回路において、PMOS
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
20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。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基準電位
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の回路図である。
【図2】図1に示す回路図における2|VTP|電位発生
回路の回路図である。
【図3】分図(a)は、図1に示す回路図におけるパワ
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。
【図4】本発明の第2の実施例における、電位V2 およ
び電位V3 を発生する回路の回路図である。
【図5】分図(a)は、従来の基準電位発生回路の回路
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。
【図6】従来の基準電位発生回路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。
【図7】従来の基準電位発生回路および本発明の第1の
実施例に用いられる2ΔVTP電位発生回路の回路図であ
る。
【符号の説明】
1 ΔVTP電位発生回路 2,8 コンパレータ 3 出力端 4 電源端子 5 接地端子 6 パワーオン信号発生回路 7 2|VTP|電位発生回路 9 2ΔVTP電位発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−76007(JP,A) 特開 平3−131916(JP,A) 特開 平2−230305(JP,A) 特開 平2−122315(JP,A) 特開 昭63−229509(JP,A) 特開 平2−70264(JP,A) 特開 昭59−135520(JP,A) 特開 平3−17714(JP,A) 特開 平1−129769(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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記載の基準電圧発生回路。
  3. 【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
    ことを特徴とする基準電圧発生回路。
  4. 【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
    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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