JP3461891B2

JP3461891B2 - トランジスタ・スイッチング

Info

Publication number: JP3461891B2
Application number: JP00981494A
Authority: JP
Inventors: アンドルー、メドリコット、ホール; トレバー、ケネス、モンク
Original assignee: STMicroelectronics Ltd Israel
Current assignee: STMicroelectronics Ltd Israel
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: EP0610064A3; US5430388A; GB9301934D0; DE69407443T2; DE69407443D1; JPH06252737A; EP0610064B1; EP0610064A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランジスタ・スイッチ
ングに関し、特に集積回路装置用の出力ドライバに使用
される電界効果トランジスタ、および、斯かる集積回路
装置に使用される電界効果トランジスタに適用される。
さらに詳しくは、本発明は、斯かるトランジスタの相互
コンダクタンスの検出方法、ならびに相互コンダクタン
スの検出方法、および検出回路に依存した斯かるトラン
ジスタのスイッチング速度を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路装置は一般に、出力端子または
出力パッドから、接続されたプリント回路基板上の負荷
回路へ加えられる出力信号を発生するために使用され
る。信号をＩＣチップの出力パッドからプリント回路基
板上の負荷へ高速伝送するには様々なトラブルが伴う。
信号がチップから出力される毎に、外部負荷キャパシタ
ンスは出力ドライバ回路および電圧供給回線のインダク
タンスを経て、放電したり充電したりしなければならな
い。インダクタンスは結合電線やリードフレームなど従
来の機構に影響される事がある。ドライバ回路によって
駆動されるキャパシタンスは、プリント回路基板のトラ
ック・キャパシタンス、プリント回路基板上の装置の負
荷キャパシタンス、およびその他の集積回路入力キャパ
シタンスまたは出力キャパシタンスの混在によって形成
される。集積回路装置がプリント回路基板上の負荷に接
続されると、集積回路チップ上の接地および電源回線、
ならびにプリント回路基板上の負荷回路に接続された出
力パッドとが、それぞれインダクタンスおよびキャパシ
タンスを含む回路に接続されるため、出力パッドから出
力信号を伝送する際に共振を生じる。こうして生じた電
圧の振動は、以後電源変動と称されるオンチップ接地線
と電源回線での電圧の一時的な上昇や下降の原因となる
場合がある。前記電源変動には、敏感なアナログ回路に
雑音を入れるなど、好ましくない影響がみられる。出力
ドライバ回路内のトランジスタのスイッチング速度は、
生産中の集積回路処理や運転温度に変動があるため、チ
ップ毎に異なる。電源変動は、特別にチップが高速トラ
ンジスタを有する場合には大きいが、チップのトランジ
スタが低速トランジスタである場合には、信号の伝達遅
延が大きくなる。このため出力ドライバ回路は、出力ド
ライバ回路の速度と、オンチップ電源変動の許容レベル
とを考慮した妥協の設計がされている。

【０００３】電源変動は、出力ドライバ回路内のトラン
ジスタのドレイン電流の変化速度に依存する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、スイッ
チング・トランジスタのドレイン電流の変化速度を制御
する回路およびその方法を提供することにある。

【０００５】本発明の別の目的は、トランジスタの相互
コンダクタンス（即ちゲート電圧の変化にともなうドレ
イン電流の変化速度）の評価方法を提供することにあ
る。

【０００６】本発明はゲート電圧の変化に応答して、２
つの異なる導通状態の間で電界効果トランジスタのスイ
ッチング速度を制御する方法を提供するものであって、
その方法には前記トランジスタに対するゲート電圧の所
望の変化速度を表わす制御信号を発生すること、前記制
御信号を信号に応じて制御された電流回路に加えて前記
回路中を流れる電流を変化せしめることと、前記電流回
路をトランジスタのゲートに結合してゲート電圧の変化
速度を前記電流回路中を流れる電流に依存せしめること
が含まれる。

【０００７】本発明はさらに、集積回路の出力端子用の
ドライバ回路中の電界効果トランジスタのスイッチング
を制御する方法を提供するものであって、その方法は、
前記トランジスタに対するゲート電圧の所望の変化速度
を表わす制御信号を発生することと、前記制御信号を前
記信号に応じて制御された電流回路に加えて、前記回路
中を流れる電流を変化せしめることと、前記電流回路を
トランジスタのゲートに結合してゲート電圧の変化速度
を前記電流回路中を流れる電流に依存せしめることによ
って、２つの異なる導通状態の間で前記トランジスタの
スイッチング速度を制御することを含む。

【０００８】前記電流回路は電流源として作用すること
ができる。

【０００９】前記電流回路は電流シンクとして作用する
ことができる。

【００１０】好ましくは、前記制御信号には前記電流回
路の直流電流量を制御するためのバイアス信号が含まれ
る。

【００１１】さらに好ましくは、前記制御信号は、ドレ
イン電流の時間による変化速度の制御を行なうゲート電
圧に於ける前記トランジスタの相互コンダクタンスに依
存する。

【００１２】前記制御信号の発生には、前記電界効果ト
ランジスタに比例した比相互コンダクタンスを有する、
さらに少なくとも１つ以上のトランジスタの比相互コン
ダクタンスを検出することと、検出された比相互コンダ
クタンスに依存する前記制御信号を発生することが含ま
れる。

【００１３】本発明はさらに、電界効果トランジスタの
比相互コンダクタンスを表わす制御信号を発生する方法
を提供しており、この方法には、比相互コンダクタンス
に於て同等の性質を有する２個の電界効果トランジスタ
を、それぞれ電流を制御している電気回路に結合して、
２個のトランジスタのドレイン回路に所定の電流差を設
定することと、前記２個のトランジスタに異なるゲート
電圧を供給することと、前記２個のトランジスタに対し
てそれぞれのドレイン電流における各ゲート電圧の差を
表わす出力信号を供給することにより、２個のトランジ
スタの各ゲート電圧における平均比相互コンダクタンス
を示すことが含まれる。

【００１４】前記２個のトランジスタは、相似の形状寸
法であって異なるドレイン電流値を有するため、前記の
ドレイン電流密度の差を生じる。

【００１５】別法として、前記２個のトランジスタはド
レイン電流値は等しいが、異なる形状寸法として、前記
のドレイン電流密度の差を生ぜしめることもできる。

【００１６】両トランジスタのゲート電圧は、両トラン
ジスタを飽和領域に於て作動せしめる電圧である。

【００１７】電流回路は、２個のトランジスタのドレイ
ン電流値の差に依存する値を有するように構成せしめ
て、前記電流回路を２個のトランジスタのゲートに結合
し、各ゲートに異なる電圧を供給することもできる。

【００１８】前記電流回路は、２個のトランジスタのド
レイン電流の差に依存する電圧に応答するフィードバッ
クループによって制御することもできる。

【００１９】トランジスタのドレイン電流量は好ましく
は制御されて、２個のトランジスタに加えられるそれぞ
れのゲート電圧を選択する。

【００２０】２個のトランジスタのそれぞれのゲート電
圧に於ける平均比コンダクタンスを表わす制御信号は、
前述の電界効果トランジスタのスイッチングの制御方法
で使用することもできる。

【００２１】本発明はまた、トランジスタ・スイッチン
グ回路を提供するもので、ゲート電圧の変化に応答して
２つの、異なる導通状態の間でスイッチング可能な電界
効果トランジスタと、前記トランジスタにゲート電圧を
供給するための制御回路とを含み、前記制御回路が前記
トランジスタに対するゲート電圧の所望の変化速度を表
わす制御信号を発生するための電気回路と、前記制御信
号を受信するように結合され、前記信号に依存して流れ
る電流を変化せしめるように制御された電流回路であっ
て、且つ、トランジスタのゲートに結合されゲート電圧
の変化速度が前記電流回路中を流れる電流に依存するよ
うに制御された電流回路とを含む。本発明は、さらに、
集積回路の出力端子用のドライバ回路を提供するもので
あって、このドライバ回路は前記端子を電源回線に結合
するための電界効果トランジスタを有し、前記電界効果
トランジスタがゲート電圧を前記トランジスタに供給す
るための制御回路に結合されており、前記制御回路は、
前記トランジスタに対するゲート電圧の所望の変化速度
を表わす制御信号を発生するための電流制御回路と、前
記制御信号を受信するように結合され、前記信号に依存
して流れる電流を変化せしめるように制御された電流回
路であって、且つ、前記トランジスタのゲートに結合さ
れ、前記トランジスタのゲート電圧の変化速度が、前記
電流回路中を流れる電流に依存するように制御された電
流回路とを有する。

【００２２】本発明はさらに、電界効果トランジスタ用
の比相互コンダクタンス検出回路を提供するものであっ
て、２個の電界効果トランジスタと、２個のトランジス
タのドレイン回路に所定の電流密度差を設定するための
電流制御回路と、前記２個のトランジスタに異なるゲー
ト電圧を供給するためのゲートバイアス回路と、前記２
個のトランジスタのそれぞれのドレイン電流密度におけ
る、各ゲート電圧の差を表わす信号を供給し、且つ、そ
のそれぞれのゲート電圧における平均比相互コンダクタ
ンスを示す出力回路とを含む。

【００２３】前記電流制御回路は２個のトランジスタの
ドレイン回路内の電流差を設定するための電流ミラー回
路を含んでいることが好ましい。

【００２４】トランジスタ・スイッチング回路は所望の
ゲート電圧の変化速度を表す制御信号を有することもで
きるが、これは前記トランジスタが２個の電界効果トラ
ンジスタから成る比相互コンダクタンス検出回路により
測定されるためであって、この検出回路は、２個の電界
効果トランジスタであってそれぞれのドレイン回路に対
して所定の電流密度差を設定するための電流制御回路に
接続された２個のトランジスタと、前記２個のトランジ
スタに異なるゲート電流を供給するゲートバイアス回路
と、前記２個のトランジスタのそれぞれのドレイン電流
密度での各ゲート電圧の差を表す信号を提供する出力信
号とを含んでおり、これによって２個のトランジスタの
それぞれのゲート電圧における平均比相互コンダクタン
スを指示する。

【００２５】本発明の実施態様を次にいくつか例をあげ
添付の図に関連して説明する。

【００２６】

【実施例】第１図は論理回路１２を組み込み出力パッド
１３を有する従来の構造の集積回路装置１１を示す。こ
の実施例において、回路は５Ｖの電源回線１４および０
Ｖの接地電源回線１５により電源を供給されるＣＭＯＳ
部品で構成されている。出力パッド１６および１７は、
この場合プリント回路基板２０を含む接続回路への電源
接続および接地接続のためにそれぞれ使用される。プリ
ント回路基板は負荷回路２１を有する従来の構造のもの
であって集積回路チップ上で出力パッド１８から出力信
号を受け取る。プリント回路基板は他の回路２２を含ん
でおり、負荷回路２１およびその他の回路２２は集積回
路チップの出力パッド１６および２７にそれぞれ接続さ
れている電源回線２３および接地回線１０に接続されて
いる。集積回路１１の正常な使用の場合にはその出力パ
ッドの多くが他の回路に接続されているということは理
解されることであるが、簡単にするために、この実施例
では出力パッド１８の動作についてのみ説明する。論理
回路１２から論理信号を出力するために、２進値がイン
バータ２４および２５を介してトランジスタ２６および
２７のゲートにそれぞれ出力される。トランジスタ２６
および２７は逆導電型のトランジスタであって、電源回
路１１と接地回路１５との間で直列に接続されている。
出力パッドはトランジスタ２６および２７間の回線上の
節点２８に接続されている。トランジスタ２７のスイッ
チがＯＮになるとトランジスタ２６はＯＦＦとなり、パ
ッド１８は電源回線１４に接続される。２進信号がトラ
ンジスタ２６がスイッチがＯＮになるような別の値を持
っている場合には、トランジスタ２７はＯＦＦとなりパ
ッド１８が接地回線１５に接続されて電源回路１４から
の接続は遮断される。このようにして、パッド１８は、
トランジスタ２６もしくは２７のいずれかを流れる電流
量により回線１４もしくは１５のいずれかの電圧の方に
移動する。論理回路１２からの信号を送信するために、
出力中の２進信号の性質を指示するようにパッド１８は
特定のしきい値以上または以下の電圧値を発生させなけ
ればならず、この信号は、論理回路１２からの出力信号
に応ずる負荷回線２１に達する前に結線、リードフレー
ムおよびＰＣＢトラックを通って伝達されなければなら
ない。パッド１６、１７および１８が接続されているオ
ンチップとオフチップの回路は必然的にインダクタン
ス、キャパシタンスおよび抵抗を示し、またパッド１８
により適切な２進信号を出力するためにこれらの回路を
流れる電流の高速スイッチングを行なうと振動を生じ
て、チップの電源変動を招く。電源変動の程度はトラン
ジスタ２６および２７を流れるドレイン電流の変化速度
に依存し、またこれはそれ自体トランジスタ２６および
２７の速度ならびに制御論理２４および２５内のトラン
ジスタの速度に依存するものである。これらのトランジ
スタの速度は、トランジスタを形成するときの製造条件
および使用温度によって変わる。

【００２７】本実施例は、論理回路１２からの２進信号
の変化に応じてトランジスタ２６および２７のゲート上
に所望の電圧勾配を選択できるようにすることにより、
製造条件が異なる結果生じる速度の差異を補正する方法
を提供するものである。これを図９に、トランジスタ２
６および２７に加えられるゲート電圧の別の電圧勾配を
示す図表として図示する。この明細書においては、ゲー
ト電圧はトランジスタのゲートとソースの電圧の差であ
る。この図は、最初のゲート電圧が０値で時間Ｔ１後に
論理回路２４および２５のそれぞれがゲート電圧内に変
化を生じて新しい値ＶＧとなるようなトランジスタの１
個に加えられたゲート電圧を図示したものである。ゲー
ト電圧の変化速度は、トランジスタ２６およびの２７内
のドレイン電流の変化速度を制御するために例えば図９
に示した別の勾配のような適切な勾配に選択される。こ
のような方法でドレイン電流の変化速度を制御すること
により、トランジスタの速度の変動は補正され、また、
電源変動は結果的に出力ドライバの速度とチップ上の電
源変動許容レベル間の許容範囲内での妥協が達成される
よう制御される。

【００２８】トランジスタ２６および２７のゲートに加
えられる電圧勾配をこのように制御するための実施態様
を図２に示す。この場合、トランジスタ２６および２７
それぞれのゲート電圧信号に加えられる電圧勾配は単一
の直流バイアス回路３０によって制御される。これはト
ランジスタのゲート電圧に対する所望の電圧勾配を示す
基準電圧を生成するように構成されている。

【００２９】プルアップ・トランジスタ２７はインバー
タ２５の出力により制御されるスイッチ３１に接続され
たゲートを有している。スイッチ３１はトランジスタ２
７のゲートを電源回線１４に接続させることも、また選
択的にトランジスタ２７のゲートを電流シンク３２に接
続させることもできる。同様に、トランジスタ２６のゲ
ートはインバータ２４により制御されるスイッチ３３に
接続される。スイッチ３３はトランジスタ２６のゲート
を接地回線１５または電流源３４のいずれにも接続させ
ることができる。電流源３４および電流シンク３２はそ
れぞれ、直流バイアス回路３０で発生したバイアス信号
に依存して電流が流れるように制御される。直流バイア
ス回路３０は、それぞれ電流シンク３２および電流源３
４に接続された２個の出力３５および３６を提供するよ
うに構成されている。スイッチ３１もしくは３２のいず
れか１個がそれぞれのゲートを電流源３４および電流シ
ンク３２のいずれかに接続されるように設定した場合
に、制御電流回路３２もしくは３４を通る電流が図９に
示すような種類のゲート電圧の変化を生じ、また勾配が
制御電流回路３２もしくは３４内に許容された電流の量
に依存することが理解される。次にこれは、出力ライン
３５および３６の直流バイアス信号により制御される。

【００３０】図３は一般的に図２に類似した配列を示
し、類似の基準数値を使用している。しかし、この場合
には、直流バイアス・ジェネレータ３０は２個の別個の
直流バイアス・ジェネレータ３０Ａおよび３０Ｂによっ
て置き換えられている。回路３０Ａは電流シンク３２を
制御するための単一出力３５を供給する。同様に直流バ
イアス・ジェネレータ３０Ｂは電流源３４を制御する単
一出力３６を供給する。

【００３１】好ましい実施例において、直流バイアス回
路３０はドライバのトランジスタ２６および２７の相互
コンダクタンス（Ｇｍ）を評価するように構成されてい
る：ここで、Ｇｍ= ｄ（ドレイン電流）／ｄ（ゲート電
圧）相互コンダクタンスはトランジスタの形状寸法に依
存するが、変動はトランジスタ製造中のバッチごとの変
動から生じるとともに、また動作温度条件からも生じ
る。出力トランジスタ２６および２７のＧｍが大きい場
合には、ゲート充電電流およびゲート放電電流は通常よ
り小さくなるように調整し、ゲート電圧がさらに徐々に
変化し、従ってドレイン電流の全体的変化速度が製造変
動にかかわりなくほとんど変化しないようにする。

【００３２】トランジスタの平均相互コンダクタンス
は、トランジスタのゲート電圧を変化させること、およ
びドレイン電流の結果的に生じる変動を測定することに
より、測定することができる。残念なことに、出力トラ
ンジスタ２６および２７のドレイン電流を測定するのは
通常不可能であるが、しかし最終出力段階で使用される
トランジスタに類似したトランジスタの比相互コンダク
タンスは測定することはできる。比相互コンダクタン
ス、”Ｓｇｍ”、はトランジスタの寸法非依存性の相互
コンダクタンスであり、次のように定義される：Ｇｍ=
Ｗ／Ｌ. Ｓｇｍここで、’Ｇｍ’はトランジスタの相互
コンダクタンス、’ｗ’はトランジスタの幅、また’
Ｌ’はトランジスタの長さである。図４において、トラ
ンジスタ４１は幅Ｗ１で長さＬ１であり、トランジスタ
４２は幅Ｗ２で長さＬ２である。図４に示すように、ト
ランジスタ４１および４２がゲート電圧Ｖｇ１およびＶ
ｇ２をそれぞれ加えることにより電流Ｉｄ１およびＩｄ
２でバイアスされる場合には、比相互コンダクタンスは
下記のようにして測定することができる。両トランジス
タが飽和領域内で作動するように、ドレイン電圧Ｖｄ１
およびＶｄ２を設定することに注意する。

【００３３】ゲート電圧Ｖｇ１およびＶｇ２の間でＳｐ
ｇがほぼ一定だと仮定すると、トランジスタ４１および
４２の相互コンダクタンスは次のようになる：Ｇｍ１= （Ｗ１／Ｌ１）. ＳｇｍＧｍ２= （Ｗ２／Ｌ２）. Ｓｇｍしたがって、簡単にするためにしきい値電圧を無視する
と、トランジスタ４１および４２のドレイン電流は次の
ようになる：Ｉｄ１= Ｖｇ１. Ｇｍ１= Ｖｇ１. （Ｗ１／Ｌ１）. ＳｇｍＩｄ２= Ｖｇ２. Ｇｍ２= Ｖｇ２. （Ｗ２／Ｌ２）. Ｓｇｍ故に、Ｖｇ２およびＶｇ１間の差は次のように表すこと
ができる：Ｖｇ２−Ｖｇ１＝（１／Ｓｇｍ）. （Ｉｄ
２. Ｌ２／Ｗ２−Ｉｄ１. Ｌ１／Ｗ１）そこで、ドレイ
ン電流が公知であれば、比相互コンダクタンスの値はゲ
ート電圧の差に逆比例する。

【００３４】図３は直流バイアス・ジェネレータ３０Ａ
および３０Ｂの配列を示すが、これについては図５でさ
らに詳しく説明する。図５の回路は電流源３４を制御す
るために出力電圧３６を供給するように構成したもので
ある。出力信号は、電流源３４内に、２つのゲート電圧
ＶＧ１およびＶＧ２間の出力トランジスタ２６の平均相
互コンダクタンスに逆比例する電流を発生するように構
成されており、出力トランジスタ２６での許容外の電源
変動を避けるためにドレイン電流の変化速度の制御が極
めて重要である。トランジスタ２６および２７のそれぞ
れの相互コンダクタンスは図８に図示するようにゲート
電圧により変化する。出力トランジスタのチャネルの長
さは１ミクロン以下であり、また図８に示すように、ゲ
ート電圧が特定の数値を超えると相互コンダクタンスが
相対的に一定になるように飽和領域内で動作せしめられ
る。図８に示すように、２個のゲート電圧ＶＧ１および
ＶＧ２は変動が勾配の小さくほぼ直線に近い曲線の１部
分に選択されている。これらの２個の電圧はわずかに異
なる値の相互コンダクタンス値Ｇｍ１およびＧｍ２に対
応しているが、ゲート電圧のこの領域内では、相互コン
ダクタンスは広い範囲のゲート電圧に対して相対的に一
定となる。しかし特定のゲート電圧ＶＧ１およびＶＧ２
が、ドレイン電流の変化速度の制御が重要である場合に
は、トランジスタ２６および２７の動作に対応して選択
される。

【００３５】図５に示す回路は図４のトランジスタ４１
および４２の比相互コンダクタンスに逆比例する信号を
発生させるために使用され、２個の電界効果トランジス
タ４１および４２はそれぞれ比相互コンダクタンスに於
て類似した性質を示すように、トランジスタ２６および
２７と同一の操作条件下で作られている。トランジスタ
４１および４２のドレインは共にドレイン回路内でＸお
よびＮＸをそれぞれ評価するために電流比を制御するよ
うに構成された電流ミラー回路４３の各出力に接続され
ている。両トランジスタ４１および４２のソースは、全
電流値（Ｎ+ １）. Ｘを制御する共通の電流路４７によ
って接地４６に接続されている。電流増幅器４８への電
圧は、トランジスタ４１および４２のドレイン電圧内の
差に依存して電流Ｉを発生させる回線５２内の電源源５
１を制御するように回線４５および４４にそれぞれ接続
された２個の入力４９および５０を有している。回線５
２内の電流は抵抗５３を通って接地４６へ流れる。

【００３６】抵抗５３の一方の端は回線５５によりトラ
ンジスタ４２のゲートに接続され、また抵抗５３のもう
一方の端は回線５６によりトランジスタ４１のゲートに
接続されている。抵抗５３は、ゲート電圧の差が２個の
トランジスタ４１および４２に対して存在するように、
或る値Ｒを有している。トランジスタ４１のゲート電圧
はＶＧ１として図示されており、またトランジスタ４２
のゲート電圧はＶＧ２として図示されている。Ｖｇ２と
Ｖｇ１を等しくして回路を作動させると、トランジスタ
４２のドレイン電流はＮＸより小さくなる。電流ミラー
回路４３は、トランジスタ４２のドレイン電流をトラン
ジスタ４１のドレイン電流よりも大きくすることによっ
て、回線４４および４５内の電流を調整するように働
く。その結果、増幅器４８の出力内の電流は大きくなっ
て抵抗５３を流れる電流は増加し、またトランジスタ４
１および４２のゲート間の電圧差は大きくなる。２個の
ドレイン電圧が電流ミラーにより設定した要求比率Ｎ：
１に達すると、回路は安定状態になり、また回線５２内
を流れている電流Ｉは電流電圧変換器６０により変換さ
れ、その結果電流源３４を制御するための電流Ｉに依存
している直流出力バイアス電圧３６を供給する。

【００３７】電流ミラー４３、および４８および５２と
により提供されるフィードバック回路により次式が成り
立つ：ドレイン電流はＩｄ１= ｘおよびＩｄ２
=ＮＸこの式と４図のゲート電圧の差の等式とを組
み合わせると次の式がなり立つ：Ｖｇ２−Ｖｇ１＝（１／Ｓｇｍ）. Ｘ. （Ｎ. Ｌ２／Ｗ２−Ｌ１／Ｗ１）ここでオームの法則から次のようになる：Ｉ= （Ｖｇ２
−Ｖｇ１）／Ｒゆえに：Ｉ= （１／Ｓｇｍ）. （Ｘ／Ｒ）. （Ｎ. Ｌ２／Ｗ２−Ｌ１／Ｗ１）このように、電流Ｉは直流バイアス回路内においてトラ
ンジスタの比相互コンダクタンスに逆比例する。トラン
ジスタ４１および４２の作動点はＮチャネルの出力トラ
ンジスタ２６の臨界作動範囲に適合するように設計され
ているため、３個のトランジスタ２６、４１および４２
の比相互コンダクタンスはほぼ同じである。

【００３８】トランジスタ４１および４２の形状寸法は
同じか（Ｗ１= Ｗ２およびＬ１= Ｌ２）、もしくは別個
の値であってもよい。同様に、トランジスタ２６および
２７の形状寸法と同じであっても異なっていてもよい。
トランジスタ４１および４２の形状寸法が異なり、従っ
て各自異なる電流密度を与えるような条件下では、Ｎの
値は１となる。

【００３９】図５に示す実施例はＮチャネルの出力トラ
ンジスタ２６を制御するために使用するものであるが、
Ｐチャネルの出力トランジスタ２７の相互コンダクタン
スを測定するための類似の回路が回路３０Ａ内に与えら
れており、この場合には図４のトランジスタ４１および
４２が類似のＰチャネルの出力トランジスタと置き換え
られている。しかしＮチャネルとＰチャネルの比相互コ
ンダクタンスの比が充分に制御されている場合には、図
５の電流Ｉに基づく評価電流をＰチャネルのターンオン
の制御に使用することができる。

【００４０】図６にはさらに別の実施態様であって、図
２に３０で示したような単一の直流バイアス回路が更に
詳しく示されるとともに出力３５および３６が設けられ
ている。図６のこの実施例は図５で説明したものと同一
の２個のＮチャネルのトランジスタ４１および４２を使
用し、また類似の部品には類似の参照番号を使用してい
る。この場合、Ｌ１= Ｌ２、Ｗ１= Ｗ２およびＮ= ２で
ある。電流ミラー４３は、２個のトランジスタ６０およ
び６１から成り、従来の電流ミラー構成内に連結され、
かつトランジスタ４１および４２のドレインにそれぞれ
結合されるなど、詳細に示されている。この場合も電流
ミラー４３は２個のトランジスタ４１および４２を流れ
る電流の比を制御するように設計されており、電流２Ｘ
がトランジスタ４２のドレインを通って流れ、また電流
Ｘがトランジスタ４１のドレインを通って流れるような
値にドレイン電圧を変える。トランジスタ４１および４
２を通る総括電流３Ｘは電流回路４７により制御され
る。この場合、トランジスタ４１のドレイン電圧は、電
流源３４を制御するための回線３６上に直流電圧を供給
するために回線４４から直接取られる。トランジスタ４
１の同じドレイン電圧が、回線６３に供給され、回線５
２の電流を制御するように作動するＰチャネルのトラン
ジスタ６４のゲートへ供給される。電流ミラーの作用に
より、回線６３上の電圧はトランジスタ４１および４２
のドレイン電流の差に関係することになる。トランジス
タ６４はトランジスタ６１に類似したＰチャネルのデバ
R>イスである。トランジスタ４１および４２のゲート
は、図５で説明したように、２個のトランジスタに必要
なゲート電圧差が得られるように、抵抗５３の反対側の
回線５２に接続されている。前に図５を参照して説明し
たように、図５に参照して示した等式は図６にも同様に
適用できるので、回線５２内の電流Ｉは２個のトランジ
スタ４１および４２の平均比相互コンダクタンスに逆比
例する。

【００４１】この場合、Ｉ= １／Ｓｇｍ. （Ｘ／Ｒ）
回線３６の出力電圧はトランジスタ６４に加わるゲート
電圧であって回路５２内の電流Ｉに関係することは理解
できよう。回路５２を流れる電流Ｉは、トランジスタ６
７がそのゲートをそのドレインに接続された状態で、電
流電圧コンバータ６６への電流を通って流れる。トラン
ジスタ６７のゲートは回線３５に接続されており、これ
により回線５２内の電流に依存する出力電圧を供給し、
このようにして出力電圧３５は検出された平均比相互コ
ンダクタンスとともに変化する。この実施例において、
Ｐチャネルのトランジスタ２７をオンにするために使用
する出力信号３５は、Ｎチャネルの相互コンダクタンス
とＰチャネルの相互コンダクタンスの比が充分に制御さ
れている場合には、適用可能な評価電流から誘導され
る。

【００４２】図５および図６の両回路において、出力ド
ライバ・トランジスタと同等の２個のトランジスタ４１
および４２のドレイン電流の比が、そのトランジスタ４
１および４２にそれぞれ加えられるゲート電圧が異なる
ために生じるドレイン電流密度の差を比較できるよう
に、電流ミラーにより制御されることは高く評価され
る。所定の形状寸法に相互コンダクタンス値の表示を与
えるための比相互コンダクタンスの定義に要求されるの
はこの測定であり、またこの回路は、出力トランジスタ
２６および２７と比相互コンダクタンスに於て同等の性
質有するトランジスタ４１および４２を使用することに
より、トランジスタ２６および２７内のドレイン電流の
変化速度を制御するための相互コンダクタンス補正信号
を発生させるのに使用することができる。

【００４３】上記の実施例は集積回路の出力ドライバに
関連して説明したものであるが、相互コンダクタンスの
表示を与える図５および図６の回路内で得られる制御信
号は、製造工程またはその他の使用中の動作温度による
トランジスタの速度の変動に対する補正に使用できるこ
とは明らかである。特にこれらの制御信号は、電圧制御
発振器もしくは演算増幅器内のトランジスタの動作速度
の制御に使用することができる。

【００４４】この発明は前述の実施例の詳細にのみ限定
されるものではない。

【００４５】図２の実施例において、直流バイアス回路
３０は単一の出力パッド１８を制御するトランジスタの
制御に使用される。しかし回路３０について複数の出力
を制御するように構成することも可能である。かかる構
成を図７に示す。図７において、単一の直流バイアス回
路３０は、電流シンク制御電圧回線７０に１つのバイア
ス電圧を供給し、また電流源制御電圧回線７１に他のバ
イアス電圧を供給するように構成されている。回線７０
および７１は、それぞれ各出力ピン７５、７６および７
７に接続された複数の出力ドライバ回路７２、７３、お
よび７４に接続されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリント回路基板上の負荷に接続した集積回路
装置上の出力パッドの従来の作動法を示す回路図。

【図２】図１に示した型のプリント回路基板と共に使用
する本発明に基づく集積回路装置を変更したものを示す
回路図。

【図３】図１に示した型のプリント回路基板と共に使用
する本発明に基づく集積回路装置をさらに変更したもの
を示す回路図。

【図４】特定の相互コンダクタンスを測定するための回
路図。

【図５】図３に示す装置の１部の構成を示す回路図。

【図６】図２の装置において使用することのできる図３
の回路とは異なる構成を示す回路図。

【図７】本発明の別の実施態様の構成を示す回路図。

【図８】ゲート電圧による電界効果トランジスタの相互
コンダクタンスの変動を示す説明図。

【図９】本発明で使用することのできるゲート電圧信号
の勾配の変化を示す説明図。

【符号の説明】

１０接地回路１１集積回路装置１２論理回路１６出力パッド２０プリント回路基板２２他の回路２５インパータ２７プルアップ・トランジスタ３０ＤＣバイアス回路３２電流シンク３４電流源４３電流ミラー回路６０電流電圧コンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トレバー、ケネス、モンクイギリス国ケント、ベクスレー、ブレンドン、ザ、ドライブ、134 (56)参考文献特開昭55−43699（ＪＰ，Ａ) 特開平１−269304（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／08228（ＷＯ，Ａ２) 米国特許4760349（ＵＳ，Ａ) 米国特許4823092（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03K 19/0175 H03F 3/30 H03K 17/16 H03K 17/687 H03K 19/003

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ゲート電圧の変化に応答して２つの異なる
導通状態の間で電界効果トランジスタのスイッチング速
度を制御する方法であって、前記トランジスタに対する
ゲート電圧の所望の変化速度を表す制御信号を発生する
ことと、前記制御信号を前記信号に応じて制御された電
流回路に加えて前記回路中を流れる電流を変化せしめる
ことと、前記電流回路をトランジスタのゲートに結合し
てゲート電圧の変化速度を前記電流回路中を流れる電流
に依存せしめることとを特徴とする方法。
【請求項２】集積回路の出力端子用のドライバ回路中の
電界効果トランジスタのスイッチングを制御する方法に
於て、前記トランジスタに対するゲート電圧の所望の変
化速度を表す制御信号を発生することと、前記制御信号
を前記信号に応じて制御された電流回路に加えて前記回
路中を流れる電流を変化せしめることと、前記電流回路
をトランジスタのゲートに結合してゲート電圧の変化速
度を前記電流回路中を流れる電流に依存せしめることと
を特徴とする方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の方法に於て、前記
電流回路が電流源として作用することを特徴とする方
法。
【請求項４】請求項１又は２に記載の方法に於て、前記
電流回路が電流シンクとして作用することを特徴とする
方法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の方法
に於て、前記制御信号が前記電流回路の直流量を制御す
るためのバイアス信号を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】請求項１ないし４のいずれかに記載の方法
に於て、前記制御信号が前記トランジスタの相互コンダ
クタンスに依存することを特徴とする方法。
【請求項７】請求項６記載の方法に於て、制御信号がド
レイン電流の時間による変化速度の制御を行なうゲート
電圧に於けるトランジスタの相互コンダクタンスに依存
することを特徴とする方法。
【請求項８】請求項６又は７に記載の方法に於て、前記
制御信号の発生が前記電界効果トランジスタに比例した
比相互コンダクタンスを有する更に少なくとも１つ以上
のトランジスタの比相互コンダクタンスを検出すること
と、検出された比相互コンダクタンスに依存する前記制
御信号を発生することを特徴とする方法。
【請求項９】電界効果トランジスタの比相互コンダクタ
ンスを表す制御信号を発生する方法であって、比相互コ
ンダクタンスに於て同等の性質を有する２個の電界効果
トランジスタをそれぞれ電流を制御している電気回路に
結合して、２個のトランジスタのドレイン電流密度に所
定の差を設定することと、前記２個のトランジスタに異
なるゲート電圧を供給することと、前記２個のトランジ
スタに対してそれぞれのドレイン電流密度に於ける各ゲ
ート電圧の差を表す出力信号を供給することにより、２
個のトランジスタの各ゲート電圧に於ける平均比相互コ
ンダクタンスを示すことを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９記載の方法に於て、前記２個のトランジスタが相似の形状寸法であって異な
るドレイン電流値を有し、前記のドレイン電流密度の差
を生じることを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項９記載の方法に於て、前記２個のトランジスタが同等のドレイン電流値を有す
るが異なる寸法形状であって、前記のドレイン電流密度
の差を生じさせることを特徴とする方法。
【請求項１２】請求項９乃至１１のいずれかに記載の方
法に於て、両トランジスタのゲート電圧が両トランジス
タを飽和領域に於て作動せしめる電圧であることを特徴
とする方法。
【請求項１３】請求項９乃至１２のいずれかに記載の方
法に於て、電流回路が２個のトランジスタのドレイン電
流値の差に依存する値を有しており、前記電流回路が２
個のトランジスタのゲートに結合されて各ゲートに異な
る電圧を供給することを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項９記載の方法に於て、前記電流回路を２個のトランジスタのドレイン電流の差
に依存する電圧に応答するフィードバックループに依っ
て制御することを特徴とする方法。
【請求項１５】請求項９乃至１４のいずれかに記載の方
法に於て、トランジスタ中のドレイン電流量を制御し
て、２個のトランジスタに加えられるそれぞれのゲート
電圧を選択することを特徴とする方法。
【請求項１６】請求項９乃至１５のいずれかに記載の方
法に於て、２個のトランジスタのそれぞれのゲート電圧
に於ける平均比相互コンダクタンスを表す制御信号を請
求項８に請求した方法に使用して前記制御された電流回
路を制御することを特徴とする方法。
【請求項１７】トランジスタ・スイッチング回路であっ
て、ゲート電圧の変化に応答して２つの異なる導通状態
の間でスイッチング可能な電界効果トランジスタと、前
記トランジスタにゲート電圧を供給するための制御回路
とを有し、前記制御回路が前記トランジスタに対するゲ
ート電圧の所望の変化速度を表す制御信号を発生するた
めの電気回路と、前記制御信号を受信する様に結合され
前記信号に依存して流れる電流を変化せしめるように制
御された電流回路であって、且つトランジスタのゲート
に結合されゲート電圧の変化速度が前記電流回路中を流
れる電流に依存する様に制御された電流回路とを有する
ことを特徴とするスイッチング回路。
【請求項１８】集積回路の出力端子用のドライバ回路で
あって、このドライバ回路は、前記端子を電源回線に結
合するための電界効果トランジスタを有し、前記電界効
果トランジスタがゲート電圧を、前記トランジスタに供
給するための制御回路に結合されており、前記制御回路
は前記トランジスタに対するゲート電圧の所望の変化速
度を表す制御信号を発生するための電気回路と、前記制
御信号を受信する様に結合され前記信号に依存して流れ
る電流を変化せしめるように制御された電流回路であっ
て、且つ前記トランジスタのゲートに結合され前記トラ
ンジスタのゲート電圧の変化速度が前記電流回路中を流
れる電流に依存する様に制御された電流回路とを有する
ことを特徴とするスイッチング回路。
【請求項１９】電界効果トランジスタ用の比相互コンダ
クタンス検出回路であって、２個の電界効果トランジス
タと、２個のトランジスタのドレイン回路に所定の電流
密度差を設定するための電流制御回路と、前記２個のト
ランジスタに異なるゲート電圧を供給するためのゲート
バイアス回路と、前記２個のトランジスタのそれぞれの
ドレイン電流密度に於ける各ゲート電圧の差を表す信号
を供給する出力回路とを有し、そのそれぞれのゲート電
圧に於ける平均比相互コンダクタンスを示すことを特徴
とする検出回路。
【請求項２０】請求項１９記載の電界効果トランジスタ
用の比相互コンダクタンス検出回路であって、前記電流
制御回路が２個のトランジスタのドレイン回路中の電流
の差を制御するための電流ミラー回路を含んでいること
を特徴とする検出回路。
【請求項２１】請求項２０記載の検出回路であって、２
個のトランジスタのソースを共通の制御された電流回路
に接続して両トランジスタのドレインの電流の和を制御
することを特徴とする回路。
【請求項２２】請求項１７記載のトランジスタ・スイッ
チング回路に於て、前記トランジスタに対するゲート電
圧の所望の変化速度を表す前記制御信号を比相互コンダ
クタンス検出回路によって検出し、比相互コンダクタン
ス検出回路が、２個の電界効果トランジスタであってそ
のドレイン回路に対して所定の電流密度を設定するため
に電流制御回路に接続された２個のトランジスタと、前
記２個のトランジスタに異なるゲート電圧を供給するた
めのゲートバイアス回路と、前記２個のトランジスタの
それぞれのドレイン電流密度の差を表す信号を供給する
出力回路とを有し、２個のトランジスタの平均比相互コ
ンダクタンスを示すことを特徴とするスイッチング回
路。