JP4522125B2 - 基準電圧発生回路 - Google Patents

Description

安定した基準電圧を発生する基準電圧発生回路に関する。

ビデオカメラや、デジタルスチルカメラなどの携帯機器は、バッテリー駆動であり、消費電力を極力小さくしたいという要求がある。そこで、これら機器においては、待機（スタンバイ）モードを有し、所定時間以上操作入力がなく、実際に動作していないときには各種の回路への電力供給を断ち、操作待ちの状態になる。従って、内蔵される半導体集積回路（ＩＣ）においても、内部の多くの回路への電力供給が停止される。

半導体集積回路におけるスタンバイモードと、通常の動作モードの移行については、特許文献１などに示されている。

特開２００１−３５８２９４号公報

ここで、スタンバイが解除された場合には、速やかに通常モードに移行することが好ましい。一方、ＩＣにおける各種回路は、基準電圧源や、基準電流源からの基準電圧や、基準電流によって動作するものが多くある。このような回路において、基準電圧は、コンデンサの充電電圧を利用し、電源電圧の変動などによらず安定して基準電圧を維持している。このような回路においては、スタンバイ解除時においてコンデンサへ速やかに充電しなければ、速やかな通常動作モードへの移行ができない。ところが、コンデンサへ速やかに充電できる回路構成にすれば、それだけ電源電圧の変動などの影響を受けやすくなってしまうという問題がある。

本発明は、スタンバイ時にオフされ、通常時において第１基準電圧を発生する第１基準電圧発生手段と、この第１基準電圧発生手段から出力される第１基準電圧がリップル除去用の抵抗を介し供給され充電されるコンデンサと、スタンバイ解除後の所定期間に限定して、前記第１基準電圧発生手段からの第１基準電圧を前記コンデンサに供給して前記コンデンサを充電する解除時充電手段と、を有し、前記コンデンサの充電電圧を第２基準電圧として出力することを特徴とする。

さらに、前記第２基準電圧が入力され、対応する電圧を出力する出力用バッファアンプを有することが好適である。

また、前記解除時充電手段は、前記第１基準電圧を入力として、対応する電圧において充電電流を出力する充電用バッファアンプと、スタンバイ解除後の所定期間経過後に、前記充電用バッファアンプの動作をオフするスイッチと、を有することが好適である。

さらに、前記出力用バッファアンプの出力と、前記第１基準電圧に基づいて発生され第１基準電圧より低い第３基準電圧とが入力され、前記出力用バッファアンプの出力の方が低い場合に前記出力用バッファアンプにその駆動電流を供給する差動アンプを有することが好適である。

本発明によれば、第１基準電圧がリップル除去用の抵抗を介し、コンデンサに供給される。従って、第１基準電圧にリップルがのっても、リップルの充電電圧（第２基準電圧）に対する影響を抑制することができる。一方、スタンバイ解除時には、抵抗を介さず、第１基準電圧によって直接コンデンサを充電できるため、速やかな充電が行え、立ち上がりを速くすることができる。さらに、バッファアンプを設けこの出力によって、コンデンサを充電することで、スタンバイ解除時における立ち上がりをさらに速くすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態の全体構成を示す図である。まず、スタンバイ制御スイッチ１０は、操作入力がなく待機時間が所定時間経過した場合に、自動的にオフされる。スタンバイ制御スイッチ１０は、一端がグランドに接続され、他端がｐｎｐトランジスタＱ１のベースに接続されている。従って、スタンバイ制御スイッチ１０がオフの場合には、トランジスタＱ１はオフされ、スタンバイ制御スイッチ１０がオンされると、トランジスタＱ１もオンする。

トランジスタＱ１は、エミッタが電源ラインに接続され、コレクタが抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を介しグランドに接続されている。そして、抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点には、通常動作モードの時に定電圧を出力するバンドギャップツェナー（ＢＧＺ）回路の出力が接続されている。従って、スタンバイ時には、トランジスタＱ１はオフし、そのコレクタ側はすべてグランド電位に維持される。一方、通常動作時には、トランジスタＱ１がオンするとともにＢＧＺ回路から定電圧が抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点に供給される。このため、抵抗Ｒ３には、ＢＧＺ回路から供給される定電圧を抵抗Ｒ３の抵抗値で除算した定電流が流れる。従って、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点の電圧は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３の接続点の電圧より抵抗Ｒ３に流れる定電流に抵抗Ｒ２の抵抗値を乗算した電圧だけ高い電圧（電圧Ｖ１）になり、トランジスタＱ１のコレクタの電圧は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の接続点の電圧より抵抗Ｒ３に流れる定電流に抵抗Ｒ１の抵抗値を乗算した電圧だけ高い電圧（第１基準電圧、例えば２．３Ｖ）になる。

トランジスタＱ１のコレクタに得られる第１基準電圧は、大抵抗Ｒ０を介し、外付けのコンデンサＣ１の上側端に供給される。このコンデンサＣ１の他端はグランドに接続されている。従って、コンデンサＣ１は、大抵抗Ｒ０を介し供給される電流によって充電される。また、この第１基準電圧は、バッファアンプＡに直接入力されており、このバッファアンプＡの出力端は、コンデンサＣ１の上側端に接続されている。従って、コンデンサＣ１は、バッファアンプＡの出力によっても充電される。さらに、コンデンサＣ１の上側端は、バッファアンプＢに入力されており、このバッファアンプＢの出力が基準電流源２０に供給されている。

一方、上述の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点に得られる電圧Ｖ１は、ｎｐｎトランジスタＱ３のベースに入力されている。このトランジスタＱ３のコレクタは、ｐｎｐトランジスタＱ２のコレクタに接続され、このトランジスタＱ２のエミッタは電源ラインに接続されている。また、トランジスタＱ３のエミッタは、抵抗Ｒ４を介しグランドに接続されているとともに、コレクタが電源ラインに接続されているｎｐｎトランジスタＱ４のエミッタに接続されている。そして、このトランジスタＱ４のベースには、バッファアンプＢの出力端が接続されている。従って、このトランジスタＱ３、Ｑ４は電圧Ｖ１と、バッファアンプＢの出力を比較する差動アンプとして機能する。

トランジスタＱ２のベースコレクタ間は短絡されており、このベースには、エミッタが電源ラインに接続されたｐｎｐトランジスタＱ５およびトランジスタＱ６のベースが共通接続されている。従って、トランジスタＱ２と、トランジスタＱ５、Ｑ６はカレントミラーを構成し、トランジスタＱ２に流れる電流と同一の電流がトランジスタＱ５、Ｑ６に流れる。

トランジスタＱ５のコレクタは、バッファアンプＡに接続されており、バッファアンプＡに動作電流を供給する。また、トランジスタＱ６のコレクタは、バッファアンプＢに接続されており、バッファアンプＢに動作電流を供給する。

さらに、トランジスタＱ５、Ｑ６のコレクタには、基準電流源２０からの定電流出力が供給されており、バッファアンプＡ，Ｂは、基準電流源２０からの定電流によっても動作可能になっている。

このような回路において、スタンバイ時には、スタンバイスイッチがオフ、ＢＧＺ回路の出力が０であり、基準電位、電圧Ｖ１ともグランド電位であり、バッファアンプＡ、バッファアンプＢ、基準電流源２０共オフとなり、またトランジスタＱ３、Ｑ４ともオフになる。

スタンバイ解除時には、トランジスタＱ１がオンになり、ＢＧＺ回路出力が定電圧に立ち上がる。これによって、第１基準電圧、電圧Ｖ１も所定電圧になる。

ここで、第１基準電圧は、大抵抗Ｒ０を介し、コンデンサＣ１に供給されるが、例えば２００ｋΩ程度の大抵抗があるため、その電流によって徐々に充電される。一方、電圧Ｖ１が立ち上がり、コンデンサＣ１の充電電圧が徐々に上昇する。また、バッファアンプＢの出力は十分低く、従ってトランジスタＱ４がオフ、トランジスタＱ３がオンし、この電流がトランジスタＱ２、Ｑ５、Ｑ６に流れる。そこで、バッファアンプＡ、バッファアンプＢが動作する。

このようにバッファアンプＡが動作するため、バッファアンプＡの出力によってコンデンサＣ１が急速に充電される。このようにして、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇してくると、バッファアンプＢの出力も上昇し、このバッファアンプＢの出力電圧がＶ１を上回るとトランジスタＱ３がオフし、トランジスタＱ２、Ｑ５、Ｑ６の電流もオフする。一方、バッファアンプＢの出力が徐々に上昇しているため、基準電流源２０が動作を開始しており、この基準電流源２０の出力によって、バッファアンプＡ、バッファアンプＢはトランジスタＱ５、Ｑ６がオフしても動作が継続される。

そして、スタンバイ解除後所定時間が経過して、コンデンサＣ１の充電電圧（ＶＲＥＦ＝第２基準電圧）が第１基準電圧と同一となりこの第２基準電圧ＶＲＥＦが安定したときには、外部のマイコンなどからの信号によって、バッファアンプＡがオフされる。従って、その後は、コンデンサＣ１には、第１基準電圧が大抵抗Ｒ０を介し供給され、コンデンサＣ１の充電電圧（第２基準電圧）が第１基準電圧と同一の電圧であってより安定した状態で、これがバッファアンプＢによって電流能力を付与された安定化され、基準電流源２０に供給される。

この状態では、第１基準電圧にリップルがのって変動しても、大抵抗Ｒ０によってリップルの影響は抑制され、コンデンサＣ１の充電電圧（第２基準電圧）ＶＲＥＦはほとんど変動しない。従って、安定した電圧が基準電流源２０に供給され、基準電流源２０が安定した定電流を各種回路に供給することができる。

そして、本実施形態によれば、スタンバイ解除においては、バッファアンプＡからの出力によって、コンデンサＣ１が充電されるため、この第２基準電圧ＶＲＥＦの立ち上がりが速く、通常動作への移行を速やかに行えるという効果が得られる。

なお、バッファアンプＡを用いず基準電位をスイッチを介し直接コンデンサＣ１の上側に供給すると、充電時間は上述の例に比べ長くかかるが、大抵抗Ｒ０を介する電流のみでコンデンサＣ１を充電する場合に比べて速い充電が行える。また、バッファアンプＡの動作電流をトランジスタＱ５のみとした場合、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＲＥＦが第１基準電圧に達する前にバッファアンプＡが停止してしまい、電圧ＶＲＥＦが安定するまでの時間が長くなるが、スイッチを設ける必要がなくなる。

次に、図２に基づいて、バッファアンプＡについて説明する。アンプスイッチ３０は、外部のマイコンとのシリアル通信によって、上述のようにしてスタンバイ解除後所定時間が経過した場合にオンされる。このアンプスイッチ３０は、下側端がグランドに接続され、他端がｎｐｎトランジスタＱ１１のコレクタに接続されている。このトランジスタＱ１１のコレクタは、図１におけるトランジスタＱ５のコレクタに接続されており、トランジスタＱ５からの電流および基準電流源２０からの定電流が供給されている。また、このトランジスタＱ１１のエミッタは抵抗Ｒ１１を介しグランドに接続されている。さらに、トランジスタＱ１１のコレクタには、ｎｐｎトランジスタＱ１２のベースが接続されている。このトランジスタＱ１２のコレクタは、電源ラインに接続され、エミッタは、トランジスタＱ１１のベースに接続されている。

従って、アンプスイッチ３０がオフされている場合には、トランジスタＱ１２がオンし、これによって、トランジスタＱ１１のコレクタベース間が短絡されて、トランジスタＱ１１にトランジスタＱ５および基準電流源２０からの電流が流れる。一方、アンプスイッチ３０がオンの場合には、トランジスタＱ１２のベースはグランド電位となり、トランジスタＱ１２はオフとなり、またトランジスタＱ５および基準電流源２０からの電流はアンプスイッチ３０を介しグランドに流れる。

トランジスタＱ１１のベースには、エミッタが抵抗を介し、トランジスタＲ１２、Ｒ１３を介しグランドに接続されているｎｐｎトランジスタＱ１３、Ｑ１４のベースに接続されている。従って、これらトランジスタＱ１３、Ｑ１４は、トランジスタＱ１１とカレントミラーを形成しており、トランジスタＱ１１に流れる電流と同一の電流を流す。

トランジスタＱ１のコレクタ電位である第１基準電圧は、ｎｐｎトランジスタＱ１５のベースに供給される。このトランジスタＱ１５のエミッタは、トランジスタＱ１３のコレクタに接続されており、またｎｐｎトランジスタＱ１６のエミッタにも接続されている。

トランジスタＱ１５のコレクタは、エミッタが電源ラインに接続されたｐｎｐトランジスタＱ１７のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１７のベースは、ベースコレクタ間が短絡され、エミッタが電源ラインに接続されたｐｎｐトランジスタＱ１８のベースに接続されている。従って、トランジスタＱ１８とトランジスタＱ１７はカレントミラーを構成しており、トランジスタＱ１８に流れる電流に対応した電流がトランジスタＱ１７に流れる。

また、トランジスタＱ１７とトランジスタＱ１５のコレクタ同士の接続点は、ｐｎｐトランジスタＱ１９のベースに接続されている。このトランジスタＱ１９のエミッタは電源ラインに接続されており、コレクタは、トランジスタＱ１６のベース、トランジスタＱ１４のコレクタに接続されている。

さらに、トランジスタＱ１９のコレクタは、抵抗Ｒ１４を介し、上述したコンデンサＣ１に接続されている。

このような回路において、アンプスイッチ３０がオフしている場合には、トランジスタＱ１１にトランジスタＱ５および基準電流源２０からの電流が流れ、これに対応した電流がトランジスタＱ１３、Ｑ１４に流れる。トランジスタＱ１３に電流が流れるため、トランジスタＱ１５、Ｑ１６は、そのベース電位が一定になるように動作し、Ｑ１６のベース電圧、すなわちコンデンサＣ１の上側電位が第１基準電圧と同一になるように、トランジスタＱ１９、トランジスタＱ１７、１８が動作して、抵抗Ｒ１４を介しコンデンサＣ１が充電される。

一方、アンプスイッチ３０がオフされた場合、トランジスタＱ１１に流れる電流が０になり、このバッファアンプＡは動作を停止する。

このようにして、バッファアンプＡは、入力される第１基準電圧に応じて、対応する電流をコンデンサＣ１に供給し、コンデンサの充電電圧（第２基準電圧）ＶＲＥＦが第１基準電圧になるように動作する。そして、アンプスイッチ３０がオフされることによって動作を停止する。

図３は、バッファアンプＢの構成を示す図である。トランジスタＱ６および基準電流源２０からの電流は、ｎｐｎトランジスタＱ２１のコレクタに供給され、このトランジスタＱ２１は、エミッタが抵抗Ｒ２１を介しグランドに接続されている。トランジスタＱ２１のコレクタには、ｎｐｎトランジスタＱ２２のベースが接続され、このトランジスタＱ２２のコレクタは電源ラインに接続され、エミッタはトランジスタＱ２１のベースに接続されており、トランジスタＱ２１はダイオードとして機能する。

トランジスタＱ２１のベースには、エミッタが抵抗Ｒ２２を介しグランドに接続されているｎｐｎトランジスタＱ２３のベースが接続されており、トランジスタＱ２１とトランジスタＱ２３はカレントミラーを構成し、トランジスタＱ２３にはトランジスタＱ２１に流れる電流と同一の電流が流れる。

トランジスタＱ２３のコレクタには、ｎｐｎトランジスタＱ２４と、ｎｐｎトランジスタＱ２５のエミッタが共通接続されている。トランジスタＱ２４のベースには、コンデンサＣ１の充電電圧（第２基準電圧）ＶＲＥＦが供給され、コレクタは、エミッタが電源ラインに接続されているｐｎｐトランジスタＱ２６のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２６のベースには、コレクタベース間が短絡されたｐｎｐトランジスタＱ２７のベースに接続されている。トランジスタＱ２７のエミッタは電源ラインに接続されており、トランジスタＱ２７とトランジスタＱ２６はカレントミラーを構成する。また、トランジスタＱ２７のコレクタには、トランジスタＱ２５のコレクタが接続されている。

トランジスタＱ２６と、トランジスタＱ２４のコレクタ同士の接続点は、エミッタが電源ラインに接続されたｐｎｐトランジスタＱ２８のベースに接続され、このトランジスタＱ２８のコレクタは、抵抗Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６の直列接続を介しグランドに接続されている。また、トランジスタＱ２８のコレクタは、トランジスタＱ２５のベースに接続されるとともに、バッファアンプＢの出力として、基準電流源２０と、トランジスタＱ４のベースに接続されている。さらに、抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２５の接続点は、基準電圧１．６４Ｖの出力、抵抗Ｒ２５と抵抗Ｒ２６の接続点は、スピーカ基準電圧１．２７Ｖの出力となっている。

このような回路において、トランジスタＱ２１にトランジスタＱ６および基準電流源２０からの電流が供給されると、トランジスタＱ２１、Ｑ２３にその電流が流れる。トランジスタＱ２４のベースには、電圧ＶＲＥＦが供給されており、トランジスタＱ２４、Ｑ２５のベース電位が一定になるように、トランジスタＱ２６、Ｑ２７、Ｑ２８が動作し、Ｑ２５のベース電圧、出力端の電位がＶＲＥＦとなる。また、ＶＲＥＦを抵抗Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６で分割した電圧が上述のようにして出力される。

なお、上述の例では、カレントミラーの電流比を１対１としたが、カレントミラーを構成するトランジスタのエミッタ面積比を変更することで、カレントミラーの電流比を任意の比にすることができる。

このように、本実施形態によれば、スタンバイ時には、スタンバイ制御スイッチをオフすることで、バッファアンプＡ、Ｂ、基準電流源２０の動作が停止され、省電力化が図られる。そして、スタンバイ解除時には、バッファアンプＡによって、コンデンサＣ１が充電され、速やかなＶＲＥＦ立ち上げを達成することができ、基準電流源２０等の通常動作までの時間を短くすることができる。さらに、通常動作時においては、バッファアンプＡの動作が停止されるため、コンデンサＣ１は、大抵抗Ｒ０を介して基準電位に接続され、基準電位のリップルの影響を抑制して安定したＶＲＥＦを維持することができる。これによって、基準電流源２０の動作を安定にすることができる。

実施形態の全体構成を示す図である。 バッファアンプＡの構成を示す図である。 バッファアンプＢの構成を示す図である。

符号の説明

１０ スタンバイ制御スイッチ、２０ 基準電流源、３０ アンプスイッチ。

Claims (3)

1. スタンバイ時にオフされ、通常時において第１基準電圧を発生する第１基準電圧発生手段と、
   この第１基準電圧発生手段から出力される第１基準電圧がリップル除去用の抵抗を介し供給され充電されるコンデンサと、
   スタンバイ解除後の所定期間に限定して、前記第１基準電圧発生手段からの第１基準電圧を前記コンデンサに供給して前記コンデンサを充電する解除時充電手段と、
   前記第２基準電圧が入力され、対応する電圧を出力する出力用バッファアンプと、
   前記出力用バッファアンプの出力と、前記第１基準電圧に基づいて発生され第１基準電圧より低い第３基準電圧とが入力され、前記出力用バッファアンプの出力の方が低い場合に前記出力用バッファアンプにその駆動電流を供給する差動アンプと、
   を有し、
   前記コンデンサの充電電圧を第２基準電圧として出力する基準電圧発生回路。
2. 請求項１に記載の回路において、
   前記解除時充電手段は、
   前記第１基準電圧を入力として、対応する電圧において充電電流を出力する充電用バッファアンプと、
   スタンバイ解除後の所定期間経過後に、前記充電用バッファアンプの動作をオフするスイッチと、
   を有することを特徴とする基準電圧発生回路。
3. 請求項２に記載の回路において、
   前記スイッチは、外部のマイコンから入力される信号に基づいてオフされること、を特徴とする基準電圧発生回路。

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