JP3114391B2 - 中間電圧発生回路 - Google Patents
中間電圧発生回路Info
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- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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Description
ける中間電圧発生回路に関するものである。
に示された一実施例を示す回路図であり、図において、
1は第1の基準電圧発生回路で抵抗要素R1 、R2 とダ
イオード接続されたNチャンネルMOSトランジスタQ
1 、Q2 の直列接続で構成されている。2は第2の基準
電圧発生回路で抵抗要素R3 、R4 とダイオード接続さ
れたPチャンネルMOSトランジスタQ3 、Q4 の直列
接続で構成されている。3は、第1の基準電圧発生回路
の出力信号がゲート電極に接続されたNチャンネルMO
Sトランジスタと第2の基準電圧発生回路の出力信号が
ゲート電極に接続されたPチャンネルMOSトランジス
タで構成された内部電圧出力段である。
及びR2 の抵抗値を非常に大きい値に設定すると第1の
基準電圧発生回路で流れる電流はほとんど無い。この時
抵抗要素R1 とR2 の抵抗値を等しくした場合ノードN
o2には電源電圧(VCC)の半分値1/2VCCの電圧が
発生する。ノードNo1にはNo2よりNチャンネルM
OSトランジスタのしきい値電圧VTHN 高い電圧1/2
VCC+VTHN の電圧レベルが発生する。又抵抗要素R3
及びR4 の抵抗値を非常に大きい値に設定すると、第2
の基準電圧発生回路で流れる電流はほとんど無い。この
時、抵抗要素R3 とR4 の抵抗値を等しくした場合、ノ
ードNo3には1/2VCCの電圧が発生する。ノードN
o4にはNo3よりPチャンネルMOSトランジスタの
しきい値電圧VTHP の絶対値低い電圧1/2VCC−|V
THP |の電圧レベルが発生する。NチャンネルMOSト
ランジスタQ5のゲート電圧には1/2VCC+VTHN の
電圧レベルが印加されているので出力電圧VOUT の電圧
レベルが1/2VCCより低ければトランジスタQ5がオ
ンして出力電圧VOUT のレベルを1/2VCCまで引き上
げる。又、PチャンネルMOSトランジスタのゲート電
圧には1/2VCC−|VTHP |の電圧レベルが印加され
ているので出力電圧VOUT の電圧レベル1/2VCCより
高ければトランジスタQ6がオンして、出力電圧VOUT
のレベルを1/2VCCまで引き下げる。すなわち出力電
圧VOUT のレベルが1/2VCCより高くても低くても1
/2VCCに戻そうとする力が働き、出力電圧VOUT の電
圧レベルは1/2VCCに落ち着く。この時、Nチャンネ
ルMOSトランジスタQ5はぎりぎりオフの状態、Pチ
ャンネルMOSトランジスタQ6もぎりぎりオフの状態
となり内部電圧出力段(3)で流れる電流はほとんど無
い。
回路は以上のように構成されているので、出力電圧V
OUT が1/2VCCより電圧レベルがずれた場合Nチャン
ネルMOSトランジスタQ5或いはPチャンネルMOS
トランジスタQ6のどちらかがオン状態となりVOUT の
電圧レベルを1/2VCCに戻そうと働くが、この時どち
らのトランジスタも微弱にしかオン状態にならない為V
OUT の電圧レベルの変動が激しい場合には充分に電荷を
供給する事ができず、出力電圧VOUT を1/2VCCに保
つ事が出来なくなる。
ためになされたもので、内部電圧出力段のインピーダン
スをさらに下げVOUT の電圧レベルの変動が激しくなっ
た場合でも充分に電荷を供給し、出力電圧VOUT を1/
2VCCのレベルに保つ事を目的とする。
発生回路は、内部電圧出力段を2つに分け前段の方は、
従来と同様に基準電圧発生手段からの信号を受けて動作
し、後段の方は前段を流れる電流を増幅して流すように
カレントミラー回路を構成し、さらに、基準電圧発生手
段からの出力をゲートに受ける前段の内部電圧出力段の
MOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値を基準電圧
発生手段のMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値
よりも高く設定するよう構成している。また、この発明
に係る中間電圧発生回路は、内部電圧出力段を3つに分
け第1段目の方は、従来と同様に基準電圧発生手段から
の信号を受けて動作し、第2段目の方は第1段目を流れ
る電流を増幅して流すようにカレントミラー回路を構成
し、さらに、第3段目の方はその前段である第2段目を
流れる電流を増幅して流すようにカレントミラー回路を
構成している。
圧出力段を2段にして出力インピーダンスを低く下げた
構成をとっている為、出力電圧が規定の電圧レベルから
変動してもすみやかに規定の電圧レベルにもどす事が可
能となると共に、カレントミラー回路構成により無視で
きない貫通電流も抑えることが可能となる。また、この
発明における中間電圧発生回路は、内部電圧出力段を3
段にして3段目の出力段を設けることにより、より大き
な電流のゲインを得ることが可能となる。
する。図において1及び2は従来の実施例における第1
の基準電圧発生回路と第2の基準電圧発生回路と全く同
じ構成である。3aは第1の基準電圧発生回路からの制
御信号をゲート電極に受けて動作するNチャンネルMO
SトランジスタQ5と第2の基準電圧発生回路からの制
御信号をゲート電極に受けて動作するPチャンネルMO
SトランジスタQ6とNチャンネルMOSトランジスタ
Q5と電源電極との間に設けられたダイオード接続され
たPチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMO
SトランジスタQ6と接地電極との間に設けられたダイ
オード接続されたNチャンネルMOSトランジスタQ7
で構成された第一の中間電圧出力段である。
チャンネルMOSトランジスタQ7のゲート電極に発生
する電圧により駆動されるPチャンネルMOSトランジ
スタQ8と、第1の中間電圧出力段におけるNチャンネ
ルMOSトランジスタQ9のゲート電極に発生する電圧
により駆動されるNチャンネルMOSトランジスタQ1
0によって構成される第二の中間電圧出力段であり、3
a及び3bによってカレントミラー回路が構成されてい
る。
した場合と同様に抵抗要素R1 及びR2 の抵抗値が等し
くそれぞれ十分大きい場合ではノードNo1には電源電
圧をVCCとすると1/2VCC+VTHN の電圧レベルが発
生する。(この時VTHN はNチャンネルMOSトランジ
スタのしきい値電圧を示す。)同様に、抵抗要素R3及
びR4 の抵抗値が等しく、それぞれ十分大きい場合では
ノードNo4には1/2VCC−|VTHP |の電圧が発生
する。(この時VTHP はチャンネルMOSトランジスタ
のしきい値電圧を示す。)VOUT の電圧レベルが1/2
VCCの場合ではNチャンネルMOSトランジスタQ5は
ゲート電極には、1/2VCC+VTHN の電圧が印加され
ソース電極には1/2VCCの電圧が印加されている為ぎ
りぎりオフしており電流はほとんど流れない。これによ
り、ノードNo5の電圧レベルもPチャンネルMOSト
ランジスタQ7がオフ状態になるように十分高い電圧レ
ベルになりPチャンネルMOSトランジスタQ8もオフ
状態となる。又、PチャンネルMOSトランジスタQ6
はゲート電極には1/2VCC−|VTHP |の電圧が印加
されソース電極には1/2VCCの電圧が印加されている
為ぎりぎりオフしており電流はほとんど流れないこれに
よりノードNo6の電圧レベルもNチャンネルMOSト
ランジスタQ9がオフ状態になるように十分低い電圧レ
ベルになり、NチャンネルMOSトランジスタQ10も
オフ状態になる。このように出力電圧VOUT に1/2V
CCの電圧レベルが保たれている時には第1及び第2の中
間電圧出力段3、及び4で流れる貫通電流はほとんど無
い。
ベルからずれた場合について説明する。出力電圧VOUT
が1/2VCCより下がった場合NチャンネルMOSトラ
ンジスタQ5がオン状態となる。これによりノードNo
5の電圧レベルが下がりPチャンネルMOSトランジス
タQ7がオン状態となる。これにより第1の中間電圧出
力段を通して出力電圧VOUT を1/2VCCの電圧レベル
にもどすように働く。この時ノードNo5はPチャンネ
ルMOSトランジスタQ7をオンさせるレベルまで下が
る為、PチャンネルMOSトランジスタQ8も自動的に
オン状態となり、第2の中間電圧出力段を通して出力電
圧VOUT を1/2VCCの電圧レベルにもどすように動作
する。この時第1の中間電圧出力段を通ってVOUT に流
れる電流iaと第2の中間電圧出力段を通ってVOUT に
流れる電流ibの比はPチャンネルMOSトランジスタ
Q7とQ8のトランジスタのサイズの比に等しくなる。
すなわちPチャンネルMOSトランジスタQ8のトラン
ジスタサイズをPチャンネルMOSトランジスタQ7の
トランジスタサイズに対して例えば10倍のサイズに設
定するとib=ia×10となり10倍の電流のゲイン
が得られる。
はPチャンネルMOSトランジスタQ6がオン状態とな
る。これによりノードNo6の電圧レベルが上がり、N
チャンネルMOSトランジスタQ9がオン状態となる。
これにより第1の中間電圧出力段を通して出力電圧V
OUT を1/2VCCの電圧レベルにもどすように動作す
る。この時ノードNo6はNチャンネルMOSトランジ
スタQ9をオンさせるレベルまで上がる為Nチャンネル
MOSトランジスタQ10も自動的にオン状態となり、
第2の中間電圧出力段を通して、出力電圧VOUT を1/
2VCCの電圧レベルにもどすように動作する。この時V
OUT から第1の中間電圧出力段を通って流れ出す電流i
cとVOUT から第2の中間電圧出力段を通って流れ出す
電流idの比は、NチャンネルMOSトランジスタQ9
とQ10のトランジスタサイズの比に等しくなる。すな
わち、NチャンネルMOSトランジスタQ10のトラン
ジスタサイズをNチャンネルMOSトランジスタQ9の
トランジスタサイズに対して例えば10倍のサイズに設
定するとid=ic×10となり10倍の電流ゲインが
得られる。このように第2の中間電圧出力段のトランジ
スタQ8、Q10のトランジスタサイズを第1の中間電
圧出力段の、トランジスタQ7、Q9のトランジスタサ
イズより大きくする事で、大きな電流のゲインを得る事
ができ、出力電圧VOUT の変動時における出力の低イン
ピーダンス化が可能になる。
No1の電圧レベルを1/2VCC+VTHN に又ノードN
o4の電圧レベルを1/2VCC−|VTHP |に正確に設
定する事が難しい。というのは基準電圧発生段1及び2
では、電源電圧VCCの変動に追従させる為わずかである
が貫通電流を流さなければならない。これによりノード
No1にはトランジスタのオン抵抗による電圧分が上積
みされ1/2VCC+VTHN +α、ノードNo4には1/
2VCC−(|VTHP |+α)の電圧が発生し、第1の出
力電圧発生段では出力電圧VOUT の電圧が1/2VCCの
時でも、わずかながら貫通電流が流れてしまう。第2の
出力電圧発生段では第1の出力電圧発生手段で流れる電
流を増幅して流すようにカレントミラー回路を構成して
いる為無視できないレベルの貫通電流が流れる可能性が
生じる。
ンジスタQ1及びQ2の基板電圧とNチャンネルMOS
トランジスタQ5の基板電圧を分けて、別々にコントロ
ールし、又、PチャンネルMOSトランジスタQ3及び
Q4の基板電圧とPチャンネルMOSトランジスタQ6
の基板電圧を分けて別々にコントロールできるようにし
ている。図においてNチャンネルMOSトランジスタQ
1、及びQ2の基板電圧が接続されているノードNoA
とNチャンネルMOSトランジスタQ5の基板電圧が接
続されているノードNoCとで、ノードNoAの電圧レ
ベルをノードNoCの電圧レベルより浅く(高く)設定
すると、トランジスタの基板効果によりNチャンネルM
OSトランジスタQ1、及びQ2のしきい値電圧VTHNa
がNチャンネルMOSトランジスタQ5のしきい値電圧
VTHNcよりも小さくなり出力電圧VOUT が1/2VCCの
電圧レベルを保っている時の第1及び第2の中間電圧出
力段におる貫通電流をなくす事が可能となる。すなわ
ち、ノードNo1の電圧レベルは1/2VCC+VTHNa+
αでNチャンネルMOSトランジスタQ5のしきい値電
圧はVTHNcであるので基板電圧のノードNoA、NoC
を適当に認定する事でVTHNa+α<VTHNcとなるように
構成すれば良い。
3、Q4の基板電圧が接続されているノードNoBとP
チャンネルMOSトランジスタQ6の基板電圧が接続さ
れているノードNoDとでノードNoBの電圧をノード
NoDの電圧より低く設定する事で、PチャンネルMO
SトランジスタQ3、Q4のしきい値電圧VTHPbの絶対
値をPチャンネルMOSトランジスタQ6のしきい値電
圧VTHPdの絶対値よりも低くする事が可能となる。この
時ノードNo4の電圧は1/2VCC−(|VTHPb|+
α)となりPチャンネルMOSトランジスタQ6のしき
い値電圧はVTHPdであるので|VTHPb|+α≦|VTHPd
|となるようにノードNoB、NoDを設定すれば、出
力電圧VOUTが1/2VCCの電圧レベルに保たれている
時、第1、第2の中間電圧出力段では貫通電流は流れな
い。出力電圧VOUT が1/2VCCからずれた場合では第
1の実施例で述べた場合と全く同様に十分低い出力イン
ピーダンスで、出力電圧VOUT の電圧レベルを1/2V
CCにもどすように動作する。
であるノードNoA、NoB、NoC、NoDの電圧レ
ベルを微妙なレベルで調整する事はなかなか困難である
ので、例えば図に示すようにノードNoC及びNoDは
接地レベルと電源電圧レベルに例えば固定してしまい、
ノードNoA及びNoBは基準電圧発生回路の抵抗要素
の中間ノードにそれぞれ接続し、上記実施例2の条件を
実現している。この時抵抗要素R2aとR2bの比、或
いはR3aとR3bα比をコントロールする事で微妙な
設定が可能となる。
OSトランジスタQ1、及びQ2の基板電圧を同じ電圧
に、PチャンネルMOSトランジスタQ3、及びQ4の
基板電圧を同じ電圧に固定していたが、図4に示すよう
に独立にコントロールしても全くさしつかえない。この
時ノードNoA1、NoA2のレベルはノードNoDの
レベルより浅く(高く)、ノードNoB1、NoB2、
のレベルNoDのレベルより低く設定しなくてはならな
い。
基準電圧発生回路と、中間電圧出力段とので異なる値の
トランジスタを使用しても貫通電流を防ぐ事ができる。
一般にトランジスタのゲートが太い程しきい値電圧は高
くなる傾向がある為、NチャンネルMOSトランジスタ
Q1、及びQ2のゲートの太さをNチャンネルMOSト
ランジスタQ5のゲートの太さより細く又、Pチャンネ
ルMOSトランジスタQ3及びQ4のゲートの太さをP
チャンネルMOSトランジスタQ6のゲートの太さより
細く設定してやる事で実施例2、3で述べてきたものと
同様の効果が得られる貫通電流を防ぐ事が可能となる。
力段は2段で説明してきたが図5に示すように3段目の
中間電圧の出力段を設けるとより大きな電流のゲインを
得る事ができ、出力インピーダンスを下げる事が可能と
なる。PチャンネルMOSトランジスタQ7とQ8のト
ランジスタサイズの比で、電流ibのiaに対するゲイ
ンが決まるのと同様にNチャンネルMOSトランジスタ
Q11とQ12の比で電流ieのibに対するゲインが
決まる。例えばトランジスタ比を10倍にするとie=
ib×10=ia×100となり全体では電流iaに対
し111倍の電流を流す事が可能となる。icとid、
idとifの関係も同様にトランジスタQ9とQ10の
サイズ比、トランジスタQ13とQ14のサイズ比で決
まる。このようにして、ia或いはicが少しでも流れ
ると、全体では非常に大きな電流を流す事ができ出力電
圧VOUT の電圧レベルを常に1/2VCCに設定する事が
可能となる。又、実施例2〜4で述べたように出力電圧
VOUT が1/2VCCの電圧レベルにある時に中間電圧出
力段3a、3b、3cで、貫通電圧が流れないように基
準電圧発生回路1、2でしきい値の微調が必要なのは言
うまでもない。
圧出力段を2段に分けカレントミラー回路で電流を増幅
して流せるように構成した事により出力電圧が設定値を
保っている時に消費する電流を非常に小さく抑えなが
ら、出力電圧が設定値からずれた時すみやかに出力電圧
を設定値にもどすように働き、安定した中間電圧を得る
事ができる。さらに、中間電圧出力段を3段に分けカレ
ントミラー回路で電流を増幅して流せるように構成した
ことにより、より大きな電流のゲインを得ることがで
き、出力電圧が設定値からずれた時に、よりすみやかに
出力電圧を設定値にもどすように働かせることができ
る。
示す回路図。
を示す回路図。
を示す回路図。
を示す回路図。
を示す回路図。
R4 抵抗要素 Q1、Q2、Q5、Q9、Q10、Q11、Q12 N
チャンネルMOSトランジスタ Q3、Q4、Q6、Q7、Q8、Q13、Q14 Pチ
ャンネルMOSトランジスタ
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体集積回路上で外部電源電圧をもと
に前記外部電源電圧より低い電圧を発生させる回路にお
いて設定電圧よりNチャンネルMOSトランジスタの第
1のしきい値電圧分高い電圧を出力する第1の基準電圧
発生回路と設定電圧よりPチャンネルMOSトランジス
タの第2のしきい値電圧の絶対値分低い電圧を出力する
第2の基準電圧発生回路と、 前記第1の基準電圧発生回路の出力で制御される第1の
NチャンネルMOSトランジスタと、前記第2の基準電
圧発生回路の出力で制御される第1のPチャンネルMO
Sトランジスタと、ダイオード接続された第2のPチャ
ンネルMOSトランジスタ及び、ダイオード接続された
第2のNチャンネルMOSトランジスタにより構成され
る第1の中間電圧出力段と、 前記第2のPチャンネルMOSトランジスタのゲート電
圧をゲート電極に受けて、動作する、第3のPチャンネ
ルMOSトランジスタ及び、前記第2のNチャンネルM
OSトランジスタのゲート電圧をゲート電極に受けて動
作する第3のNチャンネルMOSトランジスタにより構
成される第2の中間電位出力手段とから成る中間電圧発
生回路において前記第1のNチャンネルMOSトランジ
スタのしきい値電圧を前記第1のしきい値電圧よりも高
くするべく、基板電圧或いはトランジスタのゲート長を
設定し、前記第1のPチャンネルMOSトランジスタの
しきい値電圧の絶対値を前記第2のしきい値電圧の絶対
値よりも高くするべく基板電圧或いはトランジスタのゲ
ート長を設定する事を特徴とする中間電圧発生回路。 - 【請求項2】 半導体集積回路上で外部電源電圧をもと
に前記外部電源電圧より低い電圧を発生させる回路にお
いて、設定電圧よりNチャンネルMOSトランジスタの
しきい値電圧分レベルシストして出力する第1の基準電
圧発生回路と、設定電圧よりPチャンネルMOSトラン
ジスタのしきい値電圧分レベルシフトして出力する第2
の基準電圧発生回路と、前記第1の基準電圧発生回路の
出力で制御される第1のNチャンネルMOSトランジス
タと、前記第2の基準電圧発生回路の出力で制御される
第1のPチャンネルMOSトランジスタと、ダイオーダ
接続された第2のPチャンネルMOSトランジスタ及
び、ダイオード接続された第2のNチャンネルMOSト
ランジスタにより構成される第1の中間電圧出力段と、
前記第1の中間電圧出力段に流れる第1の電流に反応し
て少なくとも前記第1の電流より大きな電流を流せるよ
うにゲインを持たせたカレントミラー回路を構成する為
の第3及び第4のNチャンネルMOSトランジスタと第
3及び第4のPチャンネルMOSトランジスタからなる
第2の中間電圧出力段と、前記第2の中間電圧出力段を
流れる第2の電流に反応して、少なくとも前記第2の電
流より大きな電流を流せるようにゲインを持たせたカレ
ントミラー回路を構成する為第5のNチャンネルMOS
トランジスタ及び第5のPチャンネルMOSトランジス
タからなる第3の中間電圧出力段とから成る中間電圧発
生回路。
Priority Applications (2)
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