JP3424434B2 - リーク電流補償回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温動作時にリー
ク電流が問題となる集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）に対し
て、回路を構成する素子に存在する寄生ダイオードの逆
方向リーク電流を補償するリーク電流補償回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１に、一般的なＣＭＯＳ製造工程によ
って製作したｎＭＯＳトランジスタおよびｐＭＯＳトラ
ンジスタを示す。この例は、ｎ型基板にｎＭＯＳトラン
ジスタおよびｐＭＯＳトランジスタを形成したものであ
り、ｎウェルおよびｎ型基板の電位はＶＤＤ（高電圧の
電源電位）に設定され、ｐウェルの電位はＶＳＳ（低電
圧（例えばアース）の電源電位）に設定されている。

【０００３】これらのＭＯＳトランジスタにおいては、
そのソースｓとバルク（ウェル）ｂとの間に寄生ダイオ
ードＤｓが存在し、ドレインｄとバルク（ウェル）ｂと
の間に寄生ダイオードＤｄが存在する。この寄生ダイオ
ードＤｓ、Ｄｄは、通常、逆バイアス状態におかれるた
め、わずかながら逆方向リーク電流が流れる。

【０００４】図２に、ｎＭＯＳトランジスタＭ１を使用
した回路を示す。この回路では、ｎＭＯＳトランジスタ
Ｍ１のゲートｇに回路３０が接続され、ドレインｄに回
路２０が接続され、ソースｓにＶＳＳが接続されてい
る。

【０００５】図２に示すように、ｎＭＯＳトランジスタ
Ｍ１が、回路ブロック２０および３０に接続された回路
を考える場合、ソース側の寄生ダイオードはＤ１ｓは零
バイアスの状態になるのでリーク電流は流れないが、ド
レイン側の寄生ダイオードＤ１ｄは逆バイアス状態にな
るので、リーク電流ＩＬが存在する。このリーク電流Ｉ
Ｌは、通常極めて小さいので、回路設計上は無視して、

【数１】 Ｉｉｎ＝Ｉｄｓ ・・・・（１） として設計がなされる。ところが、高温になるとリーク
電流ＩＬは急激に増加するので、無視できなくなり、次
式（２）

【数２】 Ｉｉｎ＝Ｉｄｓ＋ＩＬ ・・・・（２） となる。こうなると回路は、もはや設計通りの動作をし
なくなり、電流Ｉｉｎの増加、若しくはＩｄｓの減少若
しくはこれらの双方が生じることになる。

【０００６】このリーク電流の対策として、本出願人は
先に特願平７−１４７８７７号にて、寄生ダイオードと
同じ特性をもつ補償ダイオードによって上述のリーク電
流を補償するリーク電流補償回路について提案してい
る。以下、このリーク電流補償回路について図３を用い
て説明する。図３において、補償ダイオードＤ１Ｃｄ
は、逆方向の補償電流ＩＣを流し、この補償電流ＩＣに
よってｎＭＯＳトランジスタＭ１に存在する寄生ダイオ
ードＤ１ｄのリーク電流ＩＬを補償する。この補償ダイ
オードＤ１Ｃｄは、ｎＭＯＳトランジスタＭ１と同様の
構造のｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃのドレインｄと、電
源ＶＳＳとの間に形成される寄生ダイオードである。ま
た、このｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃのソースおよびｐ
ウェルは電源ＶＳＳに接続され、ゲートｇは電源ＶＳＳ
に接続されておりｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃはオフ状
態となるように設定されている。

【０００７】更に、図３に示すように、補償ダイオード
Ｄ１Ｃｄおよび寄生ダイオードＤ１ｄはそれぞれ同一の
電源ＶＳＳに接続されている。また、カレントミラー回
路１０は、入力電流と出力電流の大きさが等しく設定さ
れており、補償ダイオードＤ１Ｃｄによって電源ＶＤＤ
より引き出される電流Ｉ０と等しい電流Ｉ１が、電源Ｖ
ＤＤからｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレインｄに供給
されている。

【０００８】ここで、補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向
リーク電流（補償電流）ＩＣをカレントミラー回路１０
の入力電流Ｉ０とすると、補償電流ＩＣと、このカレン
トミラー回路３０の入力電流Ｉ０および出力電流Ｉ１と
の関係は、

【数３】 Ｉ０＝Ｉ１＝ＩＣ ・・・・（３） となる。

【０００９】ここで、ダイオードの逆方向電流がバイア
ス依存性を有しないとすれば、寄生ダイオードＤ１ｄと
補償ダイオードＤ１Ｃｄは全く同じ構造・大きさとする
ことで、次式（４）

【数４】 ＩＣ＝ＩＬ ・・・・（４） となる。

【００１０】こうすることにより、寄生ダイオードＤ１
ｄにおけるリーク電流ＩＬにほぼ等しい電流Ｉ１が、リ
ーク電流補償回路からこの寄生ダイオードＤ１ｄを有す
る素子に供給される。従って、カレントミラー回路１０
からの出力電流Ｉ１によって寄生ダイオードＤ１ｄのリ
ーク電流が補償される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の原理を用いれ
ば、寄生ダイオードによるリーク電流の補償が可能には
なるものの、以下のような問題点があった。

【００１２】即ち、寄生ダイオードのリーク電流は、わ
ずかながらバイアスの電圧に依存した大きさの電流とな
る。図４に、実測した２００℃におけるリーク電流のバ
イアス電圧依存性を示す。図４から明らかなように、リ
ーク電流は、印加されるバイアス電圧に応じて変化して
おり、ＮＭＯＳトランジスタの場合には、特にその依存
性が高くなっている。

【００１３】図３に示すような構成のリーク電流補償回
路を用いて、ｎＭＯＳトランジスタＭ１の寄生ダイオー
ドＤ１ｄのリーク電流を補償する場合、補償ダイオード
Ｄ１Ｃｄと寄生ダイオードＤ１ｄにバイアスされる電圧
に相違が生じる可能性がある。そして、両者のバイアス
電圧に相違が生じた場合、図４に示すようなリーク電流
の電圧依存性により各ダイオードＤ１Ｃｄ、Ｄ１ｄがぞ
れぞれ流す電流ＩＣ、ＩＬの大きさは同じにならない。
従って、リーク電流補償回路は、補償すべき電流の大き
さと異なる大きさの電流で補償することになってしま
う。

【００１４】具体的には、図３のリーク電流補償回路に
おいて、補償ダイオードＤ１Ｃｄのバイアス電圧は、電
源電圧ＶＤＤに近い電圧（〓ＶＤＤ＋Ｖｔｈ（ＭＰ
０））である。なお、上記［Ｖｔｈ（ＭＰ０）］は、カ
レントミラー回路１０を構成するｐＭＯＳトランジスタ
ＭＭ０を含むｐＭＯＳトランジスタ共通のしきい値電圧
を示している。これに対し、図３に示すように、ｎＭＯ
ＳトランジスタＭ１のドレインｄには回路２０からの電
流が供給されているため、ドレイン電圧は、回路２０の
構成や動作によって決定される。従って、寄生ダイオー
ドＤ１ｄへのバイアス電圧が、ＶＳＳに近い電圧（ＶＳ
Ｓ＋Ｖｔｈｎ、Ｖｔｈｎ；ｎＭＯＳトランジスタのしき
い値電圧）となる場合があり、このような場合、従来の
リーク電流補償回路では、正確に寄生ダイオードＤ１ｄ
の逆方向リーク電流を補償することができなかった。

【００１５】本発明は、上記課題に解決するためになさ
れ、ＩＣ，ＬＳＩの高温動作化のためのリーク電流補償
回路において、寄生ダイオードの逆方向リーク電流の電
圧依存性に基づく補償回路の誤動作を防止することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のリーク電流補償回路は、集積回路を構成する
素子の寄生ダイオードの逆方向リーク電流を補償する回
路であって、寄生ダイオードが接続されている電源と同
じ電源に接続され逆方向リーク電流を流す第一および第
二の補償ダイオードと、第一の補償ダイオードの逆方向
リーク電流を入力電流とする２出力の第一のカレントミ
ラー回路と、第一カレントミラー回路の一方の出力端子
からの出力電流と、第二補償ダイオードの逆方向リーク
電流との差の電流を入力電流とする第二のカレントミラ
ー回路と、を有する。そして、第一のカレントミラー回
路の他方の出力端子からの出力電流と、前記第二のカレ
ントミラー回路の出力電流と、の差の電流を補償電流と
して、寄生ダイオードの他方の端子に供給、または引き
抜くことを特徴とする。

【００１７】上記寄生ダイオードは、逆方向リーク電流
がそのダイオードに印加されているバイアス電圧に対す
る依存性を有している。そして、本発明のリーク電流補
償回路によれば、例えば、寄生ダイオードが低バイアス
されている場合においても、そのバイアス電圧に応じて
発生する寄生ダイオードの逆方向リーク電流とほぼ同じ
大きさの補償電流を発生することができる。具体的に
は、例えば、寄生ダイオードに供給される補償電流は、
第二の補償ダイオードが流す前記逆方向リーク電流にほ
ぼ等しく設定することにより、寄生ダイオードが低バイ
アスされている場合に、精度よくリーク電流を補償でき
る。従って、本発明の構成によれば、従来方式に比較し
てさらに高温度領域まで高精度なリーク電流補償が可能
になる。

【００１８】また、寄生ダイオードが高圧側電源電圧
（実施形態ではＶＤＤ）と低圧側電源（実施形態ではＶ
ＳＳ）との中間電位にバイアスされている場合は、カレ
ントミラー回路の入力−出力電流の比を加減すること
で、中間電位にバイアスされた寄生ダイオードのリーク
電流補償ができる。具体的には、例えば、第二のカレン
トミラー回路を入力電流に対してＮ倍の出力電流を発生
する構成として、この倍率を変更することにより実現可
能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以後、実施形態という）について、図面に基づき説明
する。

【００２０】（実施形態１）本発明の実施形態１に係わ
るリーク電流補償回路を説明する。図５は、ｎＭＯＳト
ランジスタＭ１のドレイン端子に存在する寄生ダイオー
ドＤ１ｄのリーク電流を補償する場合の回路構成であ
る。

【００２１】なお、ここでは説明を簡単化するために、
全てのｎＭＯＳトランジスタ、ｐＭＯＳトランジスタの
しきい値電圧を、各々、Ｖｔｈｎ（＞０）、Ｖｔｈｐ
（＜０）として説明する。

【００２２】ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレインｄは
回路２０に接続され、ゲートｇは回路３０に接続され、
ｐ−ウェル（ｂ）およびソースｓは電源ＶＳＳに接続さ
れている。また、ドレインｄと電源ＶＳＳ間、ソースｓ
と電源ＶＳＳ間に各々寄生ダイオードＤ１ｄ，ＤＩｓが
存在する。このうち寄生ダイオードＤ１ｓは、零バイア
スなので電流は流れないが、寄生ダイオードＤ１ｄに
は、逆バイアス電圧が印加されるため、リーク電流ＩＬ
が流れる。

【００２３】また、電源ＶＤＤと第一の補償ダイオード
Ｄ１Ｃｄとの間には第一のカレントミラー回路１２が設
けられ、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向電流が
第一のカレントミラー回路１２の入力電流となるように
接続されている。カレントミラー回路１２は２つの出力
端子を有し、一方の出力端子は第二のカレントミラー回
路１１の入力端子と、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの
カソード端子に接続されている。第一のカレントミラー
回路１２の他方の出力端子と第二のカレントミラー回路
１１の出力端子は接続され、さらに、ｎＭＯＳトランジ
スタＭ１のドレインｄに接続されている。

【００２４】二つの補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓ
は、寄生ダイオードＤ１ｄと全く同じｐｎ接合の構造
（同じ形状，面積，周囲長，不純物濃度等）を有したダ
イオードである。この補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃ
ｓは、ｎＭＯＳトランジスタＭ１と全く同じｎＭＯＳト
ランジスタＭ１Ｃを作製し、そのｐ−ウェルを寄生ダイ
オードＤ１ｄ、Ｄ１ｓと同様に、電源ＶＳＳに接続して
いる。また、ｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃがオフ状態に
なるように、ゲートを電源ＶＳＳに接続し、このｎＭＯ
ＳトランジスタＭ１Ｃのドレインと電源電圧ＶＳＳ間に
できる寄生ダイオードをＤ１Ｃｄとして、ソースとの間
にできる寄生ダイオードをＤ１Ｃｓとして利用したもの
である。

【００２５】第一のカレントミラー回路１２は、大きさ
の等しい３つのｐＭＯＳトランジスタＭＰ０，ＭＰ１，
ＭＰ２から、第二のカレントミラー回路１１は、大きさ
の等しい２つのｎＭＯＳトランジスタＭＮ０，ＭＮ１か
ら構成された基本的なカレントミラー回路であり、入力
電流と出力電流の大きさの比が１対１，すなわち等しく
なっている。

【００２６】ここで、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの
バイアス電圧Ｖ１、と第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの
バイアス電圧Ｖ２を考える。

【００２７】電圧Ｖ１は、第一のカレントミラー回路の
入力端子の電圧であり、図５に示した回路構成の場合
は、電源ＶＳＳよりも電源ＶＤＤの側に、すなわち

【数５】 Ｖ１〓ＶＤＤ＋Ｖｔｈｐ ・・・・（５） となる。

【００２８】これは、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの
逆方向リーク電流ＩＬ１が小さいため、カレントミラー
回路１２の入力のｐＭＯＳトランジスタＭＰ０のゲート
−ソース間電圧は、しきい値電圧Ｖｔｈｐ程度になるた
めである。

【００２９】また、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓのバ
イアス電圧Ｖ２も、同様な理由により、

【数６】 Ｖ２〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（６） となる。ここで、Ｖ１＞Ｖ２であるから、ダイオードの
逆方向電流のバイアス依存性により、図６に示すように
第一と第二の補償ダイオードの逆方向電流ＩＬ１，ＩＬ
２の関係は、

【数７】 ＩＬ１＞ＩＬ２ ・・・・（７） となる。

【００３０】第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向リ
ーク電流ＩＬ１と、第一のカレントミラー回路１２の入
力電流ＩＰ０と二つの出力端子の出力電流ＩＰ１，ＩＰ
２との関係は、

【数８】 ＩＰ０＝ＩＰ１＝ＩＰ２＝ＩＬ１ ・・・・（８） となる。

【００３１】一方、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの逆
方向リーク電流ＩＬ２と、第二のカレントミラー回路の
入力電流ＩＮ０と二つの出力端子の出力電流ＩＮ１との
関係は、

【数９】 ＩＮ０＝ＩＮ１ ＝ＩＬ１−ＩＬ２ ・・・・（９） となる。

【００３２】従って、寄生ダイオードＤ１への補償電流
ＩＣは、

【数１０】 ＩＣ＝ＩＰ２−ＩＮ１ ＝ＩＬ２ ・・・・（１０） となる。

【００３３】以上から明らかなように、本実施形態にお
けるリーク電流補償回路は、寄生ダイオードＤ１ｄのバ
イアス電圧Ｖｄの大きさに関係なく、補償電流はＩＬ２
となる。従って、寄生ダイオードＤ１ｄへのバイアス電
圧Ｖｄが、

【数１１】 ・・・・（１１） Ｖｄ〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ の場合において、特に精度よくリーク電流ＩＬの補償が
行える。

【００３４】その結果、回路２０からの電流はそのまま
ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流となり、リー
ク電流ＩＬの影響を受けにくくなる。このように、２つ
の全く同じ構造の補償ダイオードの逆方向リーク電流を
利用することで、寄生ダイオードＤ１ｄが低バイアスさ
れている場合において、高精度にリーク電流を補償する
ことが可能となる。

【００３５】ところで、図７に示すように、カレントミ
ラー回路１２を構成するｐＭＯＳトランジスタＭＰ０，
ＭＰ１，ＭＰ２にも寄生ダイオードＤＰ０ｄ，ＤＰ０
ｓ，ＤＰ１ｄ，ＤＰ１ｓ，ＤＰ２ｄ，ＤＰ２ｓが存在す
る。しかし、カレントミラー回路１２が扱う電流レベル
は比較的小さな電流レベルなので、最小ルールで設計で
きるため、非常に小さなｐｎ接合のダイオードとなり、
そこで生じるリーク電流のレベルはＩＬ，ＩＣより小さ
くできる。従って、カレントミラー回路１２の動作に影
響を与えない。また、カレントミラー回路１１を構成す
るｎＭＯＳトランジスタについても、同様のことがいえ
る。

【００３６】なお、上述の第一実施形態では、第一と第
二の補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓは、ｎＭＯＳト
ランジスタＭ１と全く同じ構造のｎＭＯＳトランジスタ
Ｍ１Ｃの寄生ダイオードを利用したが、補償ダイオード
Ｄ１Ｃの作製法はこの限りではない。例えば、ｎＭＯＳ
トランジスタＭ１と同じｐ−ウェル内に、寄生ダイオー
ドＤ１ｄと同程度の大きさのｎ−ｔｙｐｅの領域を作製
してできるダイオードを利用してもよい。

【００３７】また、カレントミラー回路１２は、図５の
回路方式に限定するものではない。要は図８に示すよう
に、入力端子からの電流ＩＰ０と同じ大きさの電流ＩＰ
１，ＩＰ２を各出力端子から供給できれば良い。カレン
トミラー回路１１についても同様に入力端子からの電流
ＩＮ０と同じ大きさの電流ＩＮ１を出力端子から供給す
る構成であれば良い。

【００３８】（実施形態２）以下、本発明の実施形態２
に係わるリーク電流補償回路について、図９を用いて説
明する。

【００３９】ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレインｄは
回路２０に接続し、ゲートｇは回路３０に接続し、ｐ−
ｗｅｌｌ（ｂ）およびソースｓは電源ＶＳＳに接続して
いる。また、ドレインｄと電源ＶＳＳ間、ソースｓと電
源ＶＳＳ間には、各々寄生ダイオードＤ１ｄ，Ｄ１ｓが
存在している。寄生ダイオードＤ１ｓは、零バイアスな
ので電流は流れないが、寄生ダイオードＤ１ｄには、電
圧が印加されるとリーク電流ＩＬが流れる。

【００４０】そして、このリーク電流ＩＬを補償するた
めに、本実施形態２では、２つの補償ダイオードＤ１Ｃ
ｄ，Ｄ１Ｃｓと２つのカレントミラー回路１４，１１を
設けている。

【００４１】次に、本実施形態２における構成におい
て、実施形態１と異なる点について述べる。

【００４２】本実施形態２における第一の補償ダイオー
ドの逆方向電流の大きさは、実施形態１における第一の
補償ダイオードの逆方向電流の１／Ｍになっている。つ
まり、本実施形態２の第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの
逆方向電流ＩＬ１ｍと、実施形態１と同様に第一の補償
ダイオードをｎＭＯＳトランジスタＭ１の寄生ダイオー
ドＤ１と全く同じ大きさにした場合にこの第１の補償ダ
イオードが流す逆方向リーク電流ＩＬ１との関係は、次
式（１２）のようになっている。

【００４３】

【数１２】 ＩＬ１ｍ＝ＩＬ１／Ｍ ・・・・（１２） さらに、本実施形態２においては、第一のカレントミラ
ー回路１４の入力電流ＩＰ０と、２つの出力電流ＩＰ
１，ＩＰ２の大きさの比は、次式（１３）のように設定
されている。

【００４４】

【数１３】 ｜ＩＰ０｜：｜ＩＰ１｜：｜ＩＰ２｜＝１：Ｍ：Ｍ ・・・・（１３） 以上の２点が、実施形態１と異なる点である。

【００４５】なお、第二のカレントミラー回路１１の入
力電流ＩＮ０と出力電流ＩＮ１の大きさの比は、実施形
態１と同様に、

【数１４】 ｜ＩＮ０｜：｜ＩＮ１｜＝１：１ ・・・・（１４） に設定されている。

【００４６】また、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄのバ
イアス電圧Ｖ１、および第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓ
のバイアス電圧Ｖ２は、上述の実施形態１と同様の理由
により、次式（１５），（１６）となる。

【００４７】

【数１５】 Ｖ１〓ＶＤＤ＋Ｖｔｈｐ ・・・・（１５）

【数１６】 Ｖ２〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（１６） このため、第一および第二の補償ダイオードのリーク電
流ＩＬ１ｍ，ＩＬ２は、次式（１７）に示すような関係
となる。

【００４８】

【数１７】 Ｍ・ＩＬ１ｍ＝ＩＬ１＞ＩＬ２ ・・・・（１７） また、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向リーク電
流ＩＬ１ｍと、第一のカレントミラー回路１４の入力電
流ＩＰ０と二つの出力電流ＩＰ１，ＩＰ２との関係は、
次式（１８）となる。

【００４９】

【数１８】 ＩＰ２＝ＩＰ１＝Ｍ・ＩＰ０＝Ｍ・ＩＬ１ｍ ・・・・（１８） 一方、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの逆方向リーク電
流ＩＬ２と、第二のカレントミラー回路の入力電流ＩＮ
０と二つの出力端子の出力電流ＩＮ１との関係は、

【数１９】 ＩＮ１＝ＩＮ０ ＝Ｍ・ＩＬ１ｍ−ＩＬ２ ・・・・（１９） となる。

【００５０】従って、寄生ダイオードＤ１への補償電流
ＩＣは、

【数２０】 ＩＣ＝ＩＰ２−ＩＮ１ ＝Ｍ・ＩＬ１ｍ−（Ｍ・ＩＬ１ｍ−ＩＬ２） ＝ＩＬ２ ・・・・（２０） となる。

【００５１】このように、本実施形態２におけるリーク
電流補償回路は、寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス電圧
Ｖｄの大きさに関係なく、補償電流はＩＬ２となる。こ
のため、本実施形態２の構成により、ｎＭＯＳトランジ
スタＭ１のドレイン電圧、すなわち、寄生ダイオードＤ
１ｄのバイアス電圧ｖｄが、次式（２１）

【数２１】 Ｖｄ〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（２１） となる回路構成の場合において、特に精度良くリーク電
流ＩＬの補償が行える。

【００５２】以上に説明したように、ｎＭＯＳトランジ
スタのドレインｄの電圧Ｖｄが低い場合、特にｎＭＯＳ
トランジスタのドレインｄの電圧Ｖｄが、

【数２２】 Ｖｄ＝ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（２２） の場合に、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬと同
じ大きさの電流がｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン
ｄに供給され、従来よりも精度良くリーク電流の補償が
できる。その結果、回路２０からの電流はそのままｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流となり、リーク電
流ＩＬの影響を受けにくくなる。

【００５３】また、本実施形態２の構成のように、第一
のカレントミラー回路１４の入出力電流の比を上式（１
３）のように設定することにより、第一の補償ダイオー
ドＤ１Ｃｄよりも小面積のダイオードを用いることがで
きる。このため、補償回路の集積度をより向上させるこ
とが可能となる。なお、図９においてＭを２以上の整数
とすると、特に回路の設計、製造が容易となる。

【００５４】（実施形態３）次に、本発明の実施形態３
に係わるリーク電流補償回路の構成について、図１０を
用いて説明する。

【００５５】ｎＭＯＳトランジスタＭ１は、そのドレイ
ンが回路２０に接続され、ゲートが回路３０に接続さ
れ、ｐ−ウェルおよびソースは電源ＶＳＳに接続されて
いる。また、ドレインｄと電源ＶＳＳ間、ソースｓと電
源ＶＳＳ間には、各々寄生ダイオードＤ１ｄ，Ｄ１ｓが
存在している。寄生ダイオードＤ１ｓは、零バイアスな
ので電流は流れないが、寄生ダイオードＤ１ｄには、電
圧が印加されるとリーク電流ＩＬが流れる。

【００５６】そして、このリーク電流ＩＬを補償するた
めに、本実施形態３では、２つの補償ダイオードＤ１Ｃ
ｄ，Ｄ１Ｃｓと２つのカレントミラー回路１８，１１を
設けている。

【００５７】ここで、本実施形態３における構成におい
て、実施形態１と異なる点について述べる。

【００５８】まず、本実施形態３における第一の補償ダ
イオードの逆方向電流の大きさは、実施形態１における
第一および第二の補償ダイオードの逆方向電流の１／Ｍ
になっている。つまり、本実施形態３の第一および第二
の補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓの逆方向電流ＩＬ
１ｍ，ＩＬ２ｍと、実施形態１と同様に第一および第二
の補償ダイオードをｎＭＯＳトランジスタＭ１の寄生ダ
イオードＤ１と全く同じ大きさにした場合における逆方
向リーク電流ＩＬ１，ＩＬ２との関係は、次式（２３）
のようになっている。

【００５９】

【数２３】 ＩＬ１ｍ＝ＩＬ１／Ｍ ・・・・（２３）

【数２４】 ＩＬ２ｍ＝ＩＬ２／Ｍ ・・・・（２４） 次に、第一のカレントミラー回路１８の入力電流ＩＰ０
と２つの出力電流ＩＰ１，ＩＰ２の大きさの比は、次式
（２５）のように設定されている。

【００６０】

【数２５】 ｜ＩＰ０｜：｜ＩＰ１｜：｜ＩＰ２｜＝１：１：Ｍ ・・・・（２５） また、第二のカレントミラー回路１１の入力電流ＩＮ０
と出力電流ＩＮ１の大きさの比は、実施形態１と同様
に、

【数２６】 ｜ＩＮ０｜：｜ＩＮ１｜＝１：Ｍ ・・・・（２６） に設定されている。

【００６１】以上の３点が、実施形態１と異なる点であ
る。

【００６２】本実施形態３において、第一の補償ダイオ
ードＤ１Ｃｄのバイアス電圧Ｖ１、および第二の補償ダ
イオードＤ１Ｃｓのバイアス電圧Ｖ２は、上述の実施形
態１と同様の理由により、次式（２７），（２８）とな
る。

【００６３】

【数２７】 Ｖ１〓ＶＤＤ＋Ｖｔｈｐ ・・・・（２７）

【数２８】 Ｖ２〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（２８） このため、第一および第二の補償ダイオードのリーク電
流ＩＬ１ｍ，ＩＬ２ｍは、次式（２９）のような関係と
なる。

【００６４】

【数２９】 ＩＬ１ｍ＞ＩＬ２ｍ ・・・・（２９） また、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向リーク電
流ＩＬ１ｍと、第一のカレントミラー回路１８の入力電
流ＩＰ０と二つの出力電流ＩＰ１，ＩＰ２との関係は、

【数３０】 ＩＰ２＝Ｍ・ＩＰ１＝Ｍ・ＩＰ０＝Ｍ・ＩＬ１ｍ ・・・・（３０） となる。

【００６５】一方、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの逆
方向リーク電流ＩＬ２ｍと、第二のカレントミラー回路
の入力電流ＩＮ０と二つの出力端子の出力電流ＩＮ１と
の関係は、

【数３１】 ＩＮ１＝Ｍ・ＩＮ０ ＝Ｍ・（ＩＬ１ｍ−ＩＬ２ｍ） ・・・・（３１） となる。

【００６６】従って、寄生ダイオードＤ１への補償電流
ＩＣは、

【数３２】 ＩＣ＝ＩＰ２−ＩＮ１ ＝Ｍ・ＩＬ１ｍ−Ｍ・（ＩＬ１ｍ−ＩＬ２ｍ） ＝Ｍ・ＩＬ２ｍ＝ＩＬ２ ・・・・（３２） となる。

【００６７】上式（３２）からも明らかなように、本実
施形態３におけるリーク電流補償回路は、寄生ダイオー
ドＤ１ｄのバイアス電圧Ｖｄの大きさに関係なく、補償
電流はＩＬ２となる。このため、本実施形態３の構成に
より、ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電圧、すな
わち、寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス電圧Ｖｄが、

【数３３】 Ｖｄ〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（３３） 上式（３３）となる回路構成の場合において、特に精度
良くリーク電流ＩＬの補償が行える。

【００６８】以上に説明したようにｎＭＯＳトランジス
タのドレインｄの電圧Ｖｄが低い場合、特にｎＭＯＳト
ランジスタのドレインｄの電圧Ｖｄが、

【数３４】 Ｖｄ＝ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（３４） の場合に、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬと同
じ大きさの電流がｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン
ｄに供給され、従来よりも精度良く補償ができる。その
結果、回路２０からの電流はそのままｎＭＯＳトランジ
スタＭ１のドレイン電流となり、リーク電流ＩＬの影響
を受けにくくなる。

【００６９】また、本実施形態３の構成のように、第一
および第二のカレントミラー回路１８，１１の入出力電
流の比を上式（２５），（２６）のように設定すること
により、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄよりも小面積の
ダイオードを用いることができる。このため、補償回路
の集積度をより向上させることが可能となる。なお、図
１０においてＭを２以上の整数とすると、他の実施形態
と同様に、特に回路の設計、製造が容易となる。

【００７０】（実施形態４）次に、本発明の実施形態４
に係わるリーク電流補償回路の構成について、図１１を
用いて説明する。図１１は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１
のドレイン端子に存在し、電源ＶＤＤからＶＳＳの間の
電圧でバイアスされている寄生ダイオードＤ１のリーク
電流を補償した場合の回路構成である。

【００７１】ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは回
路２０に接続し、ゲートは回路３０に接続し、ｐ−ウェ
ルおよびソースは電源ＶＳＳに接続している。さらに、
ドレインと電源ＶＳＳ間、ソースと電源ＶＳＳ間には、
各々寄生ダイオードＤ１ｄ，Ｄ１ｓが存在している。こ
のうち寄生ダイオードＤ１ｓは、零バイアスなので電流
は流れないが、寄生ダイオードＤ１ｄには、電圧が印加
されるとリーク電流ＩＬが流れる。

【００７２】そして、このリーク電流ＩＬを補償するた
めに、本実施形態４では、実施形態１と同様に、第一お
よび第二の補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓと、第一
のカレントミラー回路１２を設け、更に第二のカレント
ミラー回路１６を設けている。

【００７３】本実施形態４が実施形態１と相違する点
は、実施形態４の第二のカレントミラー回路１６の入力
電流ＩＮ０と出力電流ＩＮ１の大きさの比が、次式（３
５）のように設定されていることであり、他は同じ構成
である。

【００７４】

【数３５】 ｜ＩＮ０｜：｜ＩＮ１｜＝１：Ｎ ・・・・（３５） 第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄのバイアス電圧Ｖ１、お
よび第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓのバイアス電圧Ｖ２
は、前記実施形態１と同様の理由により、次式（３
６），（３７）となる。

【００７５】

【数３６】 Ｖ１〓ＶＤＤ＋Ｖｔｈｐ ・・・・（３６）

【数３７】 Ｖ２〓ＶＳＳ＋Ｖｔｈｎ ・・・・（３７） また、ダイオードのリーク電流のバイアス依存性によ
り、２つの補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓの各リー
ク電流をＩＬ１，ＩＬ２とすると、その関係は次式（３
８）のようになる。

【００７６】

【数３８】 ＩＬ１＞ＩＬ２ ・・・・（３８） 次に、第一の補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向リーク電
流ＩＬ１、第一のカレントミラー回路１２の入力電流Ｉ
Ｐ０と二つの出力電流ＩＰ１，ＩＰ２との関係は、次式
（３９）のようになる。

【００７７】

【数３９】 ＩＰ２＝ＩＰ１＝ＩＰ０＝ＩＬ１ ・・・・（３９） 一方、第二の補償ダイオードＤ１Ｃｓの逆方向リーク電
流ＩＬ２と、第二のカレントミラー回路１６の入力電流
ＩＮ０と二つの出力端子の出力電流ＩＮ１との関係は、
次式（４０）となる。

【００７８】

【数４０】 ＩＮ１＝Ｎ・ＩＮ０ ＝Ｎ（ＩＬ１−ＩＬ２） ・・・・（４０） 従って、寄生ダイオードＤ１への補償電流ＩＣは、

【数４１】 ＩＣ＝ＩＰ２−ＩＮ１ ＝ＩＬ１−Ｎ（ＩＬ１−ＩＬ２） ・・・・（４１） となる。

【００７９】すなわち、寄生ダイオードＤ１が、中間電
圧Ｖｄでバイアスされている場合、すなわち、次式（４
２）の場合は、

【数４２】 Ｖ１≧Ｖｄ≧Ｖ２ ・・・・（４２） 逆方向リーク電流は、式（４３）となり、

【数４３】 ＩＬ１≧ＩＬ≧ＩＬ２ ・・・・（４３） 上式（４１）に基づいて、

【数４４】 Ｎ＝（ＩＬ１−ＩＬ）／（ＩＬ１−ＩＬ２） ・・・・（４４） となるように、Ｎを設定する。この場合の補償電流ＩＣ
の大きさを式（４１）から求めると、当然のことなが
ら、

【数４５】 ＩＣ＝ＩＬ ・・・・（４５） となり、ｎＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードＤ１ｄ
のリーク電流ＩＬと同じ大きさになる。

【００８０】以上のような構成とすることにより、ｎＭ
ＯＳトランジスタのドレインｄの電圧Ｖｄが、式（４
２）に示すような電源電圧ＶＳＳとＶＤＤの中間電位で
あっても、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬと同
じ大きさの電流をｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン
の供給することができる。

【００８１】その結果、回路２０からの電流はそのまま
ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流となり、リー
ク電流ＩＬの影響を受けにくくなり、高精度なリーク電
流の補償が可能となる。

【００８２】なお、本発明は、以上に説明した実施形態
のみには限定されず、例えば、寄生ダイオードＤ１ｄに
印加されるバイアス電圧Ｖｄに応じて、実施形態２また
は実施形態３と実施形態４とを組み合わせる構成も採用
可能である。

【００８３】すなわち、入力電流に対してＭ倍の出力電
流を発生する第一のカレントミラー回路１４（図９）、
１８（図１０）と、入力電流に対してＮ倍の出力電流を
発生する第二のカレントミラー回路１６（図１１）を用
いて、第一および第二の補償ダイオードＤ１Ｃｄ，Ｄ１
Ｃｓの逆方向リーク電流ＩＬ１，ＩＬ２に基づいて補償
電流ＩＣを作成する構成も採用可能である。寄生ダイオ
ードＤ１ｄへのバイアス電圧Ｖｄに応じて、このような
構成とすれば、より正確にリーク電流の補償を行うこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ｎ形基板に作製したｎＭＯＳトランジスタと
ｐＭＯＳトランジスタのそれぞれの寄生ダイオードを示
す図である。

【図２】 寄生ダイオードによって生じるリーク電流を
示す図である。

【図３】 関連する従来のリーク電流補償回路の構成を
示す図である。

【図４】 リーク電流のバイアス電圧依存性（２００
℃）を示す図である。

【図５】 本発明の実施形態１に係るリーク電流補償回
路の構成を示す図である。

【図６】 補償ダイオードの逆方向電流とバイアス電圧
の関係を示す図である。

【図７】 図５の第一のカレントミラー回路１２を構成
するＭＯＳトランジスタに存在する寄生ダイオードの構
成を示す図である。

【図８】 図５の回路１２，１１の基本的動作を示す図
である。

【図９】 本発明の実施形態２に係わるリーク電流補償
回路の構成を示す図である。

【図１０】 本発明の実施形態３に係わるリーク電流補
償回路の構成を示す図である。

【図１１】 本発明の実施形態４に係わるリーク電流補
償回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１２，１４，１８ 第一のカレントミラー回路、１１，
１６ 第二のカレントミラー回路、２０，３０，４０
回路、Ｍ１，Ｍ１Ｃ ｎＭＯＳトランジスタ、Ｄ１ｄ，
Ｄ１ｓ 寄生ダイオード、Ｄ１Ｃｄ，Ｄ１Ｃｓ 補償ダ
イオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長瀬 宏 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−230353（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−218340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03F 3/45 H01L 21/8234 H01L 27/088 H03K 19/094

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路を構成する素子の寄生ダイオー
   ドの逆方向リーク電流を補償する回路において、 前記寄生ダイオードが接続されている電源と同じ電源に
   接続され、逆方向リーク電流を流す第一および第二の補
   償ダイオードと、 前記第一の補償ダイオードの逆方向リーク電流を入力電
   流とする２出力の第一のカレントミラー回路と、 前記第一カレントミラー回路の一方の出力端子からの出
   力電流と、前記第二補償ダイオードの逆方向リーク電流
   との差の電流を入力電流とする第二のカレントミラー回
   路と、を有し、 前記第一のカレントミラー回路の他方の出力端子からの
   出力電流と、前記第二のカレントミラー回路の出力電流
   と、の差の電流を補償電流として、前記寄生ダイオード
   に供給、または引き抜くことを特徴とするリーク電流補
   償回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のリーク電流補償回路に
   おいて、 前記第一および第二の補償ダイオードは、前記寄生ダイ
   オードとほぼ同じ構造で、ほぼ同じ大きさの逆方向リー
   ク電流を流し、 前記第一及び第二のカレントミラー回路は、入力電流に
   ほぼ等しい出力電流を発生することを特徴とするリーク
   電流補償回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のリーク電流補償回路に
   おいて、 前記第一の補償ダイオードの流す逆方向リーク電流の大
   きさは、前記寄生ダイオードの逆方向リーク電流の１／
   Ｍであり、 前記第一のカレントミラー回路は、入力電流に対してＭ
   倍の大きさの出力電流を発生することを特徴とするリー
   ク電流補償回路。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のリーク電流補償回路に
   おいて、 第一および第二の補償ダイオードの流す逆方向リーク電
   流の大きさは前記寄生ダイオードの逆方向リーク電流の
   １／Ｍであり、 前記第一のカレントミラー回路は、その２つの出力端子
   のうちの一方の出力端子にて入力電流と同じ大きさの出
   力電流を発生し、他方の出力端子にて前記入力電流のＭ
   倍の出力電流を発生し、 前記第一のカレントミラー回路の一方の出力端子からの
   出力電流を入力電流とする第二のカレントミラー回路
   は、この入力電流に対してＭ倍の大きさの出力電流を発
   生することを特徴とするリーク電流補償回路。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載のリー
   ク電流補償回路において、 前記寄生ダイオードに印加されているバイアス電圧が、
   高電圧側電源電圧と低電圧側電源電圧の中間電位である
   場合に、 前記寄生ダイオードに供給または引き抜く補償電流が、
   前記寄生ダイオードの逆方向リーク電流と同じ大きさと
   なるように、前記第二のカレントミラー回路の入力電流
   と出力電流の大きさの比を設定することを特徴とするリ
   ーク電流補償回路。