JP3643043B2 - ボルテージレギュレータ及びそのボルテージレギュレータを有する携帯電話機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルテージレギュレータに関し、特に低電源電圧動作及び低消費電流が要求される携帯機器等に使用されるボルテージレギュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来のボルテージレギュレータの回路例を示した図である。図4のボルテージレギュレータ100では、基準電圧発生回路部101からの基準電圧VREFと、出力電圧VOUTの検出を行う検出回路部104の抵抗102及び103で出力電圧VOUTが分圧された分圧電圧VFBは、差動増幅回路部105で電圧比較され該比較結果を示した電圧が出力される。更に、差動増幅回路部105から出力される比較結果を示した電圧は、増幅回路部106で増幅されて出力回路部107をなすPチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)108のゲートに出力され、PMOSトランジスタ108の制御を行って一定の出力電圧VOUTが負荷RLに印加される。
【0003】
ここで、差動増幅回路部105は、カレントミラー回路を形成するPMOSトランジスタ111,112と、差動対をなすNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)113,114と、定電流源をなすNMOSトランジスタ115とで構成されている。また、増幅回路部106は、PMOSトランジスタ116と定電流源をなすNMOSトランジスタ117とで構成されている。NMOSトランジスタ115及び117の各ゲートは、定電圧発生回路部109からの所定の定電圧VAがそれぞれ印加されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一方、負荷RLの抵抗値が大きい場合、該負荷RLに流れる電流IOUTは小さく、差動増幅回路部105は、PMOSトランジスタ116のゲート−ソース電圧Vgsを大きくして、PMOSトランジスタ108のゲート電圧を電源電圧VDDに近い値になるように制御する。しかし、電源電圧VDDが低下した場合、PMOSトランジスタ116のゲート−ソース電圧Vgsを十分に大きくすることができなくなり、PMOSトランジスタ116は、PMOSトランジスタ116のドレイン−ソース電圧VdsすなわちPMOSトランジスタ108のゲート−ソース電圧Vgsを十分に小さくすることができなくなるため、出力電圧VOUTが上昇するという問題があった。すなわち、電源電圧VDDが低い低電源電圧動作時においては、出力電圧VOUTを一定にすることができなかった。
【0005】
また、図4のボルテージレギュレータ100は、差動増幅回路部105、増幅回路部106及び出力回路部107といった3段の増幅段を備えたレギュレータであり、このような3段の増幅段を備えたレギュレータでは、出力電圧VOUTの高速な制御が要求される。このため、NMOSトランジスタ117には、数μA〜数十μAの電流を流している。特に、プロセスのバラツキによって、NMOSトランジスタ117のドレイン電流が大きくなった場合、低電源電圧動作時において、出力電流IOUTが小さくなったときの出力電圧特性への影響が大きくなるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、低電源電圧動作時において、負荷に流れる電流が小さく又はゼロになったときにおいても出力電圧を一定にすることができるボルテージレギュレータを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るボルテージレギュレータは、あらかじめ設定された基準電圧を基に所定の電圧を生成して出力するボルテージレギュレータにおいて、該生成して出力された電圧の検出を行い、該検出した出力電圧に応じた電圧を生成して出力する検出回路部と、該検出回路部の出力電圧と基準電圧との電圧比較を行い該比較結果を示す電圧を出力する差動増幅回路部と、該差動増幅回路部からの出力電圧を増幅する増幅用トランジスタ及び該増幅用トランジスタに電流供給を行う第1定電流源を有し差動増幅回路部の出力電圧を増幅して出力する増幅回路部と、該増幅回路部の増幅用トランジスタと第1定電流源との接続部の電圧に応じた電流を出力する出力トランジスタを有する出力回路部と、該出力回路部の出力トランジスタから所定の電流を流す擬似的な負荷をなす第2定電流源からなる擬似負荷回路部とを備え、第1定電流源及び第2定電流源は、制御信号入力端に所定の電圧が印加された同一特性のトランジスタでそれぞれ形成されるものである。
【0008】
また、上記第1定電流源及び第2定電流源における上記同一特性の各トランジスタは、上記増幅用トランジスタ及び上記出力トランジスタの特性に応じたトランジスタサイズ比を有するようにした。
また、上記擬似負荷回路部は、配線を機械的に切断することによって第2定電流源への出力回路部からの電流供給を遮断する遮断部を備えるようにしてもよい。
具体的には、上記遮断部は、レーザトリミングを行って切断されるヒューズである。
【0009】
また、この発明に係る携帯電話機器は、あらかじめ設定された基準電圧を基に所定の電圧を生成して出力された電圧の検出を行い該検出した出力電圧に応じた電圧を生成して出力する検出回路部、該検出回路部の出力電圧と上記基準電圧との電圧比較を行い該比較結果を示す電圧を出力する差動増幅回路部、該差動増幅回路部からの出力電圧を増幅する増幅用トランジスタ及び該増幅用トランジスタに電流供給を行う第1定電流源を有し差動増幅回路部の出力電圧を増幅して出力する増幅回路部、該増幅回路部の上記増幅用トランジスタと第1定電流源との接続部の電圧に応じた電流を出力する出力トランジスタを有する出力回路部、並びに該出力回路部の出力トランジスタから所定の電流を流す擬似的な負荷をなす第2定電流源からなる擬似負荷回路部を備え、上記第1定電流源及び第2定電流源が、制御信号入力端に所定の電圧が印加された同一特性のトランジスタでそれぞれ形成されるボルテージレギュレータと、
該ボルテージレギュレータから電圧供給を受ける負荷と、
を有するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態におけるボルテージレギュレータの構成例を示したブロック図である。
図1において、ボルテージレギュレータ1は、所定の基準電圧VREFを生成して出力する基準電圧発生回路部2と、所定の定電圧VAを生成して出力する定電圧発生回路部3と、出力電圧VOUTの検出を行い該検出した出力電圧VOUTに応じた電圧VFBを生成して出力する検出回路部4と、基準電圧VREFと該検出回路部4からの電圧VFBとの電圧比較を行って該比較結果を出力する差動増幅回路部5とを備えている。
【0011】
また、ボルテージレギュレータ1は、差動増幅回路部5から出力された上記比較結果を示す電圧を増幅して出力する増幅回路部6と、増幅回路部6で増幅された信号に応じた電流を出力して出力電圧VOUTを一定にする出力回路部7とを備えている。更に、ボルテージレギュレータ1は、出力回路部7から所定の電流IAを出力させるための擬似負荷回路部8を備えている。
【0012】
検出回路部4は、出力電圧VOUTと接地との間に接続された抵抗R1とR2との直列回路で構成されている。差動増幅回路部5は、カレントミラー回路を形成するPチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)QP1,QP2と、差動対をなすNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)QN1,QN2と、定電流源をなすNMOSトランジスタQN3とで構成されている。
【0013】
また、増幅回路部6は、PMOSトランジスタQP3と定電流源をなすNMOSトランジスタQN4とで構成されている。更に、出力回路部7は、PMOSトランジスタQP4で構成され、擬似負荷回路部8は、定電流源をなすNMOSトランジスタQN5で構成されている。NMOSトランジスタQN3〜QN5の各ゲートには、定電圧発生回路部3からの所定の定電圧VAがそれぞれ印加されている。
【0014】
差動増幅回路部5において、PMOSトランジスタQP1のゲート及びドレイン並びにPMOSトランジスタQP2のゲートはそれぞれ接続され、PMOSトランジスタQP1及びQP2の各ソースはそれぞれ電源電圧VDDに接続されている。また、PMOSトランジスタQP1のドレインは、NMOSトランジスタQN1のドレインに接続され、PMOSトランジスタQP2のドレインは、NMOSトランジスタQN2のドレインに接続されている。
【0015】
NMOSトランジスタQN1のゲートには基準電圧発生回路部2からの基準電圧VREFが入力されており、NMOSトランジスタQN2のゲートには、出力電圧VOUTを抵抗R1とR2で分圧して得られた電圧VFBが入力されている。更に、NMOSトランジスタQN1及びQN2の各ソースは接続され、該接続部と接地との間にNMOSトランジスタQN3が接続されている。NMOSトランジスタQN3のゲートには、定電圧発生回路部3からの定電圧VAが印加されていることから、NMOSトランジスタQN3は、定電流源として動作する。
【0016】
次に、増幅回路部6において、電源電圧VDDと接地との間にPMOSトランジスタQP3とNMOSトランジスタQN4が直列に接続されている。PMOSトランジスタQP3のゲートは、差動増幅回路部5におけるPMOSトランジスタQP2とNMOSトランジスタQN2との接続部に接続されている。NMOSトランジスタQN4のゲートには、定電圧発生回路部3からの定電圧VAが印加されていることから、NMOSトランジスタQN4は、定電流源として動作する。
【0017】
一方、出力回路部7のPMOSトランジスタQP4において、ゲートは、増幅回路部6のPMOSトランジスタQP3とNMOSトランジスタQN4との接続部に接続され、ソースは、電源電圧VDDに接続されている。また、PMOSトランジスタQP4のドレインと接地との間には、検出回路部4の抵抗R1とR2の直列回路及び擬似負荷回路部8のNMOSトランジスタQN5が並列に接続されている。NMOSトランジスタQN5のゲートには、定電圧発生回路部3からの定電圧VAが印加されていることから、NMOSトランジスタQN5は、定電流源として動作する。また、PMOSトランジスタQP4のドレインがボルテージレギュレータ1の出力端をなし、該ドレインと接地との間に負荷RLが接続される。
【0018】
差動増幅回路部5において、基準電圧VREFと電圧VFBが釣り合っている状態から、何らかの原因で出力電圧VOUTが低下した場合、NMOSトランジスタQN2のドレイン電流は、NMOSトランジスタQN1のドレイン電流よりも低下する。このため、PMOSトランジスタQP3のゲート電圧は上昇しPMOSトランジスタQP4のゲート電圧が低下してPMOSトランジスタQP4の電流駆動能力が大きくなり、出力電圧VOUTを上昇させることができる。
【0019】
次に、差動増幅回路部5において、基準電圧VREFと分圧電圧VFBが釣り合っている状態から、何らかの原因で出力電圧VOUTが上昇した場合、NMOSトランジスタQN2のドレイン電流は、NMOSトランジスタQN1のドレイン電流よりも増加する。このため、PMOSトランジスタQP3のゲート電圧は低下しPMOSトランジスタQP4のゲート電圧が上昇してPMOSトランジスタQP4の電流駆動能力が小さくなることにより、出力電圧VOUTを低下させることができる。このようにして、ボルテージレギュレータ1は、出力電圧VOUTを所定の電圧で一定にすることができる。
【0020】
このような構成において、擬似負荷回路部8のNMOSトランジスタQN5には、増幅回路部6のNMOSトランジスタQN4と同じ特性のものを使用する。このようにすることにより、NMOSトランジスタQN4の電流駆動能力が製造上のばらつきによって大きくなった場合、連動して擬似負荷回路8のNMOSトランジスタQN5の電流駆動能力も大きくなる。NMOSトランジスタQN4とQN5とのサイズ比は、PMOSトランジスタQP3及びQP4の特性に応じて決めるようにする。
【0021】
図2は、図1のボルテージレギュレータ1において、負荷RLに流れる電流IOUTがゼロになる無負荷状態時における電源電圧VDDに対する出力電圧VOUTの特性例を示した図である。なお、図2では、実線が擬似負荷回路部8のNMOSトランジスタQN5に数μAの電流IAが流れるようにしたときのボルテージレギュレータ1の特性例を示しており、点線が従来のボルテージレギュレータの特性例を示している。図2から分かるように、負荷RLに流れる電流IOUTがゼロになる無負荷状態において、出力電圧VOUTを所定値、例えば0.8Vで一定にできる電源電圧VDDが、従来は2.0Vであったのに対して1.4Vまで低下させることができる。
【0022】
一方、ボルテージレギュレータ1を無負荷状態で低電源電圧動作させることがない場合、擬似負荷回路部8を設けていることによって必要のない電流IAがNMOSトランジスタQN5に流れることになる。このため、図3で示すように、擬似負荷回路部8において、レーザトリミング等を行って機械的に切断されることによりNMOSトランジスタQN5への出力回路部7からの電流供給を遮断する遮断部をなすヒューズT1をNMOSトランジスタQN5と直列に設けるようにした。このようにすることによって、ボルテージレギュレータ1を無負荷状態で低電源電圧動作させることがない場合は、ヒューズT1を切断することにより、NMOSトランジスタQN5に電流が流れないようにすることができ、消費電流の増加を防ぐことができる。
【0023】
このように、本実施の形態におけるボルテージレギュレータは、出力回路部7の出力端と接地との間に、定電流源をなすNMOSトランジスタQN5からなる擬似負荷回路部8を設け、該NMOSトランジスタQN5を、出力回路部7の出力トランジスタであるPMOSトランジスタQP4に接続された増幅回路部6の定電流源をなすNMOSトランジスタQN4と同じ特性にするようにした。このことから、負荷RLに流れる電流IOUTがゼロになる無負荷状態において、出力電圧VOUTを所定値で一定にできる電源電圧VDDの値を低下させることができ、低電源電圧動作を必要とする機器に使用することができる。また、レーザトリミング等でヒューズT1を切断することによって擬似負荷回路部8のNMOSトランジスタQN5に電流が流れないようにすることにより、無負荷状態で低電源電圧動作させることがない場合は、消費電流の増加を防止することができる。
【0024】
なお、上記実施の形態では、増幅回路部6が1段の場合を例にして説明したが、これは一例であり、差動増幅回路部5と出力回路部7との間に複数段の増幅回路部を設けるようにしてもよい。
【0025】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明のボルテージレギュレータによれば、出力回路部から所定の電流を流す擬似的な負荷をなす第2定電流源からなる擬似負荷回路部を設け、第1定電流源及び第2定電流源を、制御信号入力端に所定の電圧が印加された同一特性のトランジスタでそれぞれ形成するようにした。このことから、負荷に流れる電流がゼロになる無負荷状態において、出力電圧を所定値で一定にできる電源電圧の値を低下させることができ、低電源電圧動作を必要とする機器に使用することができる。
【0026】
また、上記擬似負荷回路部は、配線を機械的に切断することによって第2定電流源への出力回路部からの電流供給を遮断する遮断部を備えるようにした。このことから、必要に応じて擬似負荷回路部の第2電流源に電流が流れないようにすることができ、無負荷状態で低電源電圧動作させることがない場合は、消費電流の増加を防止することができる。
【0027】
具体的には、上記遮断部に、レーザトリミングを行って切断されるヒューズを使用するようにした。このことから、第2定電流源への出力回路部からの電流供給を容易に遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態におけるボルテージレギュレータの例を示した回路図である。
【図2】 図1のボルテージレギュレータにおける出力電圧特性例を示した図である。
【図3】 図1の擬似負荷回路部8の他の例を示した図である。
【図4】 従来のボルテージレギュレータの回路例を示した図である。
【符号の説明】
1 ボルテージレギュレータ
2 基準電圧発生回路部
3 定電圧発生回路部
4 検出回路部
5 差動増幅回路部
6 増幅回路部
7 出力回路部
8 擬似負荷回路部
RL 負荷
T1 ヒューズ
Claims (5)
- あらかじめ設定された基準電圧を基に所定の電圧を生成して出力するボルテージレギュレータにおいて、
上記生成して出力された電圧の検出を行い、該検出した出力電圧に応じた電圧を生成して出力する検出回路部と、
該検出回路部の出力電圧と上記基準電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す電圧を出力する差動増幅回路部と、
該差動増幅回路部からの出力電圧を増幅する増幅用トランジスタ及び該増幅用トランジスタに電流供給を行う第1定電流源を有し、差動増幅回路部の出力電圧を増幅して出力する増幅回路部と、
該増幅回路部の上記増幅用トランジスタと第1定電流源との接続部の電圧に応じた電流を出力する出力トランジスタを有する出力回路部と、
該出力回路部の出力トランジスタから所定の電流を流す擬似的な負荷をなす第2定電流源からなる擬似負荷回路部と、
を備え、
上記第1定電流源及び第2定電流源は、制御信号入力端に所定の電圧が印加された同一特性のトランジスタでそれぞれ形成されることを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 上記第1定電流源及び第2定電流源における上記同一特性の各トランジスタは、上記増幅用トランジスタ及び上記出力トランジスタの特性に応じたトランジスタサイズ比を有することを特徴とする請求項1記載のボルテージレギュレータ。
- 上記擬似負荷回路部は、配線を機械的に切断することによって第2定電流源への出力回路部からの電流供給を遮断する遮断部を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のボルテージレギュレータ。
- 上記遮断部は、レーザトリミングを行って切断されるヒューズであることを特徴とする請求項3記載のボルテージレギュレータ。
- あらかじめ設定された基準電圧を基に所定の電圧を生成して出力された電圧の検出を行い該検出した出力電圧に応じた電圧を生成して出力する検出回路部、該検出回路部の出力電圧と上記基準電圧との電圧比較を行い該比較結果を示す電圧を出力する差動増幅回路部、該差動増幅回路部からの出力電圧を増幅する増幅用トランジスタ及び該増幅用トランジスタに電流供給を行う第1定電流源を有し差動増幅回路部の出力電圧を増幅して出力する増幅回路部、該増幅回路部の上記増幅用トランジスタと第1定電流源との接続部の電圧に応じた電流を出力する出力トランジスタを有する出力回路部、並びに該出力回路部の出力トランジスタから所定の電流を流す擬似的な負荷をなす第2定電流源からなる擬似負荷回路部を備え、上記第1定電流源及び第2定電流源が、制御信号入力端に所定の電圧が印加された同一特性のトランジスタでそれぞれ形成されるボルテージレギュレータと、
該ボルテージレギュレータから電圧供給を受ける負荷と、
を有することを特徴とする携帯電話機器。
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