JP4703406B2 - Reference voltage generation circuit and semiconductor integrated device - Google Patents
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Description
本発明は、基準電圧発生回路および半導体集積装置に関する。 The present invention relates to a reference voltage generation circuit and a semiconductor integrated device.
近年、携帯電話などのモバイル機器の普及に伴い、論理回路等の誤動作を防止するために電源電圧変動除去比(電源電圧の変動に対する基準電圧の変動比率)の高い基準電圧発生回路が要求されている。 In recent years, with the spread of mobile devices such as mobile phones, a reference voltage generation circuit having a high power supply voltage fluctuation removal ratio (reference voltage fluctuation ratio with respect to power supply voltage fluctuation) is required to prevent malfunction of logic circuits and the like. Yes.
従来、この要求に用いられる基準電圧発生回路として、第1デプレッション型MOSトランジスタと、エンハンスメント型MOSトランジスタと、第2デプレッション型MOSトランジスタとを直列に接続した回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a reference voltage generation circuit used for this requirement, a circuit in which a first depletion type MOS transistor, an enhancement type MOS transistor, and a second depletion type MOS transistor are connected in series is known (for example, Patent Documents). 1).
特許文献1に開示された基準電圧発生回路では、第1デプレッション型MOSトランジスタはドレインが第2デプレッション型MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートとソースが短絡されている。エンハンスメント型MOSトランジスタはドレインが第1デプレッション型MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートとドレインが短絡され、ソースが第1電位に接続されている。第2デプレッション型MOSトランジスタはドレインが第2電位に接続され、ゲートとソースが短絡されている。
更に、第1および第2デプレッション型MOSトランジスタとエンハンスメント型MOSトランジスタのバックゲートは、第1電位にそれぞれ接続されている。
In the reference voltage generating circuit disclosed in
Further, the back gates of the first and second depletion type MOS transistors and the enhancement type MOS transistor are respectively connected to the first potential.
第1デプレッション型MOSトランジスタで回路電流を決定し、ドレインとゲートが短絡されたエンハンスメント型MOSトランジスタに決定された電流を流して基準電圧を発生させている。
第2デプレッション型MOSトランジスタは、バックゲートの電位を接地電位に固定することにより低周波での電源電圧変動除去比を向上させている。
The circuit current is determined by the first depletion type MOS transistor, and the determined current is supplied to the enhancement type MOS transistor whose drain and gate are short-circuited to generate the reference voltage.
In the second depletion type MOS transistor, the power supply voltage fluctuation elimination ratio at a low frequency is improved by fixing the potential of the back gate to the ground potential.
然しながら、特許文献1に開示された基準電圧発生回路は、第2デプレッション型MOSトランジスタのゲートとソースが短絡されているので、電源電圧に重畳した高周波の変動成分が第2デプレッション型MOSトランジスタのドレイン・ゲート間の寄生容量を介して基準電圧の出力端に達する。
However, since the reference voltage generating circuit disclosed in
その結果、周波数が高くなるにつれて電源電圧変動除去比が低下し、高周波領域において十分な電源電圧変動除去比が得られないという問題がある。
本発明は、十分な電源電圧変動除去比が得られる基準電圧発生回路および半導体集積装置を提供する。 The present invention provides a reference voltage generating circuit and a semiconductor integrated device that can obtain a sufficient power supply voltage fluctuation rejection ratio.
本発明の一態様の基準電圧発生回路は、ドレインが第1の電位に接続されたデプレッション型の第1絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがソースに接続されたデプレッション型の第2絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがドレインに短絡接続され、ソースが第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第3絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第1の電位に接続され、ゲートが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースがゲートに接続されたデプレッション型の第4絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第4絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第3絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第5絶縁ゲート電界効果トランジスタと、を具備することを特徴としている。 A reference voltage generation circuit of one embodiment of the present invention includes a depletion-type first insulated gate field effect transistor having a drain connected to a first potential, a drain connected to a source of the first insulated gate field effect transistor, A depletion type second insulated gate field effect transistor having a gate connected to the source, a drain connected to the source of the second insulated gate field effect transistor, a gate short-circuited to the drain, and a source at the second potential A connected enhancement type third insulated gate field effect transistor, a depletion having a drain connected to the first potential, a gate connected to the gate of the first insulated gate field effect transistor, and a source connected to the gate Type fourth insulated gate field effect transistor and drain connected to the fourth isolation gate Is connected to the source of the gate field effect transistor, a gate connected to the gate of said third insulated gate field effect transistor, and a fifth insulated gate field effect transistor a source of the connected enhancement type to the second potential, the It is characterized by having.
本発明の一態様の半導体集積装置は、少なくとも、ドレインが第1の電位に接続されたデプレッション型の第1絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがソースに接続されたデプレッション型の第2絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがドレインに短絡接続され、ソースが第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第3絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第1の電位に接続され、ゲートが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースがゲートに接続されたデプレッション型の第4絶縁ゲート電界効果トランジスタと、ドレインが前記第4絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第3絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第5絶縁ゲート電界効果トランジスタと、が同一チップ上に集積して形成されていることを特徴としている。 The semiconductor integrated device of one embodiment of the present invention includes at least a depletion-type first insulated gate field effect transistor having a drain connected to a first potential, and a drain connected to a source of the first insulated gate field effect transistor. A depletion type second insulated gate field effect transistor having a gate connected to the source, a drain connected to the source of the second insulated gate field effect transistor, a gate connected to the drain, and a source connected to the second potential An enhancement-type third insulated gate field effect transistor connected to the drain , a drain connected to the first potential, a gate connected to the gate of the first insulated gate field effect transistor, and a source connected to the gate A depletion type fourth insulated gate field effect transistor and a drain An enhancement type fifth insulated gate field effect in which the fourth insulated gate field effect transistor is connected to the source, the gate is connected to the gate of the third insulated gate field effect transistor, and the source is connected to the second potential. The transistors are integrated and formed on the same chip.
本発明によれば、十分な電源電圧変動除去比が得られる基準電圧発生回路および半導体集積装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a reference voltage generating circuit and a semiconductor integrated device that can obtain a sufficient power supply voltage fluctuation removal ratio.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る電源回路の構成を示す回路図である。
図1に示すように、本実施例の基準電圧発生回路10は、直列接続されたデプレッション型の第1絶縁ゲート電界効果トランジスタM1(以下MOSトランジスタM1という)と、デプレッション型の第2絶縁ゲート電界効果トランジスタM2(以下MOSトランジスタM2という)と、エンハンスメント型の第3絶縁ゲート電界効果トランジスタM3(以下MOSトランジスタM3という)を有し、基準電圧Vrefを発生する第1回路11と、直列接続されたデプレッション型の第4絶縁ゲート電界効果トランジスタM4(以下MOSトランジスタM4という)と、エンハンスメント型の第5絶縁ゲート電界効果トランジスタM5(以下MOSトランジスタM5という)を有し、MOSトランジスタM1のゲートG1に所定の電位を与える電圧を発生する第2回路(電圧発生手段)12を具備している。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit according to
As shown in FIG. 1, the reference
第1回路11および第2回路12は、電源電圧Vdd(第1の電位)と基準電圧GND(第2の電位)間にそれぞれ接続されている。第1の電位は第2の電位より高く設定されている。
The first circuit 11 and the
第1回路11のMOSトランジスタM1〜M3、および第2回路12のMOSトランジスタM4、M5の導電型は全てn型である。
The conductivity types of the MOS transistors M1 to M3 of the first circuit 11 and the MOS transistors M4 and M5 of the
具体的には、第1回路11のMOSトランジスタM1は、ドレインD1が電源電圧Vddに接続され、ゲートG1が第2回路12に接続されている。
第1回路11のMOSトランジスタM2は、ドレインD2がMOSトランジスタM1のソースS1に接続され、ゲートG2とソースS2が短絡されている。
第1回路11のMOSトランジスタM3は、ドレインD3がMOSトランジスタM2のソースS2に接続され、ゲートG3とドレインD3が短絡され、ソースS3が基準電圧GNDに接続されている。
Specifically, in the MOS transistor M1 of the first circuit 11, the drain D1 is connected to the power supply voltage Vdd, and the gate G1 is connected to the
In the MOS transistor M2 of the first circuit 11, the drain D2 is connected to the source S1 of the MOS transistor M1, and the gate G2 and the source S2 are short-circuited.
In the MOS transistor M3 of the first circuit 11, the drain D3 is connected to the source S2 of the MOS transistor M2, the gate G3 and the drain D3 are short-circuited, and the source S3 is connected to the reference voltage GND.
第2回路12のMOSトランジスタM4は、ドレインD4が電源電圧Vddに接続され、ゲートG4がMOSトランジスタM1のゲートM1に接続され、ゲートG4とソースS4が短絡されている。
第2回路12のMOSトランジスタM5は、ドレインD5がMOSトランジスタM4のソースS4に接続され、ゲートG5がMOSトランジスタM3のゲートG3に接続され、ソースS5が基準電圧GNDに接続されている。
In the MOS transistor M4 of the
In the MOS transistor M5 of the
第1回路11のMOSトランジスタM2は、ゲートG2とソースS2が短絡されているので、ゲート・ソース間電圧Vgs2が0Vのときのドレイン電流Id2をMOSトランジスタM3に供給する。 The MOS transistor M2 of the first circuit 11 supplies the drain current Id2 when the gate-source voltage Vgs2 is 0 V to the MOS transistor M3 because the gate G2 and the source S2 are short-circuited.
第1回路11のMOSトランジスタM3は、ゲートG3とドレインD3が短絡された所謂ダイオード接続されているので常に飽和領域で動作し、基準電圧Vrefはゲート・ソース間電圧Vgs3に等しくなる。 Since the MOS transistor M3 of the first circuit 11 is so-called diode-connected in which the gate G3 and the drain D3 are short-circuited, the MOS transistor M3 always operates in the saturation region, and the reference voltage Vref becomes equal to the gate-source voltage Vgs3.
ここで、MOSトランジスタの基本式より、MOSトランジスタM2、M3のドレイン電流Id2、Id3は次式で表わされる。
Id2=K2×(Vgs2−Vth2)2=K2×(−Vth2)2 (1)
Id3=K3×(Vgs3−Vth3)2 (2)
ここで、Kは比例定数、VthはMOSトランジスタの閾値電圧を示している。
Here, from the basic equation of the MOS transistor, the drain currents Id2 and Id3 of the MOS transistors M2 and M3 are expressed by the following equations.
Id2 = K2 × (Vgs2-Vth2) 2 = K2 × (−Vth2) 2 (1)
Id3 = K3 × (Vgs3-Vth3) 2 (2)
Here, K represents a proportional constant, and Vth represents the threshold voltage of the MOS transistor.
基準電圧VrefはVgs3に等しいので、(2)式を変形すると、
Vref=Vgs3=Vth3+√(Id3/K3) (3)
また、Id2=Id3より、
Vref=Vth3+√(K2×(−Vth2)2/K3)
=Vth3−Vth2√(K2/K3) (4)
Since the reference voltage Vref is equal to Vgs3, if equation (2) is modified,
Vref = Vgs3 = Vth3 + √ (Id3 / K3) (3)
From Id2 = Id3,
Vref = Vth3 + √ (K2 × (−Vth2) 2 / K3)
= Vth3-Vth2√ (K2 / K3) (4)
ここで、MOSトランジスタM2とMOSトランジスタM3のサイズを等しくすると、K2=K3となるので、基準電圧Vrefは、次式で表わされる。
Vref=Vth3−Vth2 (5)
Here, if the sizes of the MOS transistor M2 and the MOS transistor M3 are equal, K2 = K3, so the reference voltage Vref is expressed by the following equation.
Vref = Vth3-Vth2 (5)
第2回路12のMOSトランジスタM5はMOSトランジスタM3とカレントミラー回路を構成しており、MOSトランジスタM3に流れる電流と等しい電流が流れる。
第2回路12のMOSトランジスタM4はMOSトランジスタM5と直列接続されており、MOSトランジスタM5に流れる電流と等しい電流が流れる。
第1回路11のMOSトランジスタM1はMOSトランジスタM3と直列接続されており、MOSトランジスタM3に流れる電流と等しい電流が流れる。
第2回路12のMOSトランジスタM4はMOSトランジスタM1と等しい電流が流れるため、MOSトランジスタM4のゲート・ソース間電圧とMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧はほぼ等しくなる。
The MOS transistor M5 of the
The MOS transistor M4 of the
The MOS transistor M1 of the first circuit 11 is connected in series with the MOS transistor M3, and a current equal to the current flowing through the MOS transistor M3 flows.
Since a current equal to that of the MOS transistor M1 flows through the MOS transistor M4 of the
その結果、第2回路12のMOSトランジスタM4のゲート・ソース間電圧が0Vであるため、第1回路11のMOSトランジスタM1のゲートG1には、ゲート・ソース間電圧Vgs1がほぼ0Vになるような電圧が与えられる。
As a result, since the gate-source voltage of the MOS transistor M4 of the
これにより、所定の基準電圧Vrefを維持し、且つMOSトランジスタM1のゲートG1とソースS1が短絡されていないので電源電圧Vddに重畳してくる高周波の変動成分がMOSトランジスタM1のゲート・ドレイン間容量Cgd1を介して基準電圧出力端子13に現れるのを抑制することが可能である。
As a result, the predetermined reference voltage Vref is maintained, and the gate G1 and the source S1 of the MOS transistor M1 are not short-circuited, so that the high-frequency fluctuation component superimposed on the power supply voltage Vdd is the capacitance between the gate and drain of the MOS transistor M1. It is possible to suppress appearing at the reference
図2は基準電圧発生回路10の電源電圧変動除去比のシミュレーション結果を従来の基準電圧発生回路と比較して示す図で、図中の実線aが本実施例の場合、破線bが従来例の場合である。
図2において縦軸は電源電圧変動除去比(対数)であり、縦軸の上方ほど電源電圧変動除去比が低く、縦軸の下方ほど電源電圧変動除去比が高いことを示している。
FIG. 2 is a diagram showing the simulation result of the power supply voltage fluctuation removal ratio of the reference
In FIG. 2, the vertical axis represents the power supply voltage fluctuation removal ratio (logarithm), and indicates that the power supply voltage fluctuation removal ratio is lower as the vertical axis is higher and the power supply voltage fluctuation removal ratio is higher as the lower vertical axis.
また、破線cは第2回路12が、内部抵抗がゼロで、且つ周波数特性を持たない理想的な電圧源と仮定した場合の一例を示している。
The broken line c shows an example when the
図2から明らかなように、本実施例では、電源電圧変動除去比は周波数が高くなると向上し、特定の周波数を境に悪化するV字型の周波数特性aを示している。
一方、従来例では電源電圧変動除去比は周波数が高いほど悪化する単調減少型の周波数特性bを示している。
また、理想的な電圧源では、電源電圧変動除去比は周波数が高いほど向上する単調増加型の周波数特性cを示している。
As is apparent from FIG. 2, in this embodiment, the power supply voltage fluctuation removal ratio is improved as the frequency increases, and shows a V-shaped frequency characteristic a that deteriorates at a specific frequency as a boundary.
On the other hand, the conventional example shows a monotonically decreasing frequency characteristic b in which the power supply voltage fluctuation rejection ratio deteriorates as the frequency increases.
Moreover, in an ideal voltage source, the power supply voltage fluctuation rejection ratio shows a monotonically increasing frequency characteristic c that increases as the frequency increases.
具体的には、本実施例では、電源電圧変動除去比は10〜100Hz程度の低周波領域においては周波数に依らずの一定値(−66dB)を示し、100〜10kHz程度の周波数領域においては周波数に応じて向上し、特に周波数d(8kHz)で最大値(−98dB)を示している。
電源電圧変動除去比は周波数dを超えると悪化し始めるが、20kHz程度までは低周波領域の一定値(−66dB)より低い値を維持しており、1MHz程度以上の周波数領域においては周波数に依らず一定値(−28dB)を示している。
Specifically, in this embodiment, the power supply voltage fluctuation removal ratio shows a constant value (−66 dB) independent of the frequency in the low frequency region of about 10 to 100 Hz, and the frequency in the frequency region of about 100 to 10 kHz. In particular, the maximum value (−98 dB) is shown at the frequency d (8 kHz).
Although the power supply voltage fluctuation rejection ratio starts to deteriorate when the frequency exceeds d, it remains lower than a constant value (−66 dB) in the low frequency region up to about 20 kHz, and depends on the frequency in the frequency region of about 1 MHz or more. A constant value (−28 dB) is shown.
一方、従来例では、電源電圧変動除去比は10〜1kHz程度の周波数領域においては本実施例と同様に周波数に依らず一定値(−66dB)を示し、1kHz〜1MHz程度の周波数領域においては周波数とともに悪化し、1MHz程度以上の周波数領域においては周波数に依らず一定値(−28dB)を示している。 On the other hand, in the conventional example, the power supply voltage fluctuation removal ratio shows a constant value (−66 dB) regardless of the frequency in the frequency region of about 10 to 1 kHz, and in the frequency region of about 1 kHz to 1 MHz. It worsens with the frequency range of about 1 MHz or more, and shows a constant value (−28 dB) regardless of the frequency.
また、理想的な電圧源では、電源電圧変動除去比は10〜1kHz程度の周波数領域においては本実施例と同様に周波数に依らず一定値(−66dB)を示し、1kHz以上の周波数領域においては周波数が高いほど向上している。 Further, in an ideal voltage source, the power supply voltage fluctuation removal ratio shows a constant value (−66 dB) regardless of the frequency in the frequency region of about 10 to 1 kHz, and in the frequency region of 1 kHz or more, similarly to this embodiment. The higher the frequency, the better.
これにより、基準電圧発生回路10では、100Hzから1MHzの広い周波数領域において、従来例よりも高い電源電圧変動除去比が得られることが認められる。
Thus, it is recognized that the reference
図3はMOSトランジスタをドレイン・ソース間小信号抵抗とドレイン・ゲート間容量で近似した基準電圧発生回路10の交流等価回路の要部を示す図である。
図3に示すように、電源電圧Vddに重畳してくる高周波の変動成分の周波数が10kHz以下の低周波領域では、MOSトランジスタM1のドレイン・ゲート容量Cdg1およびMOSトランジスタM3のドレイン・ゲート容量Cdg3のインピーダンスが高いため、変動成分はMOSトランジスタM1のゲートG1端子においては十分減衰され、ゲートG1の電圧の定電圧性が保たれている。その結果、電源電圧変動除去比は従来例よりも向上する。
FIG. 3 is a diagram showing a main part of an AC equivalent circuit of the reference
As shown in FIG. 3, in the low frequency region where the frequency of the high frequency fluctuation component superimposed on the power supply voltage Vdd is 10 kHz or less, the drain / gate capacitance Cdg1 of the MOS transistor M1 and the drain / gate capacitance Cdg3 of the MOS transistor M3 Since the impedance is high, the fluctuation component is sufficiently attenuated at the gate G1 terminal of the MOS transistor M1, and the constant voltage characteristic of the voltage of the gate G1 is maintained. As a result, the power supply voltage fluctuation removal ratio is improved as compared with the conventional example.
変動成分の周波数が10kHzを越えるあたりから、ドレイン・ゲート容量Cds1、Cds4のインピーダンスが低下するため、変動成分の影響がMOSトランジスタM1のゲートG1に現れ始め、ゲートG1の定電圧性が崩れる。その結果、電源電圧変動除去比が徐々に悪化し、最終的には従来例とほぼ同様の周波数特性を示す。 Since the impedance of the drain / gate capacitances Cds1 and Cds4 decreases from the time when the frequency of the fluctuation component exceeds 10 kHz, the influence of the fluctuation component begins to appear at the gate G1 of the MOS transistor M1, and the constant voltage characteristic of the gate G1 is destroyed. As a result, the power supply voltage fluctuation removal ratio gradually deteriorates, and finally shows almost the same frequency characteristics as the conventional example.
図4は基準電圧発生回路10を用いたレギュレータの構成を示す回路図である。
図4に示すように、レギュレータ20は、基準電圧発生回路10と、出力電圧Voutを抵抗R1、R2で分圧して帰還電圧Verを出力する分圧回路21と、基準電圧Vrefと帰還電圧Verが等しくなるように帰還制御する差動増幅器22とを具備している。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a regulator using the reference
As shown in FIG. 4, the
差動増幅器22の正入力端には基準電圧発生回路10から基準電圧Vrefが入力され、負入力端には分圧回路21から帰還電圧Ver=Vout×R2/(R1+R2)が入力される。
The reference voltage Vref is input from the reference
差動増幅器22は基準電圧Vrefと帰還電圧Verが等しくなるように帰還制御するので、一定の出力電圧Vout=Vref×(R1+R2)/R2が負荷23に供給される。
Since the
例えば、電源電圧Vdd=5V、基準電圧Vref=1.1V、分圧比R2/R1=1/3の場合に、出力電圧Vout=3.3Vが得られる。 For example, when the power supply voltage Vdd = 5V, the reference voltage Vref = 1.1V, and the voltage division ratio R2 / R1 = 1/3, the output voltage Vout = 3.3V is obtained.
図5はレギュレータ20を有する半導体集積装置を示す図である。
図5に示すように、半導体集積装置30は、基準電圧発生回路10を有するレギュレータ20が半導体チップ31上にモノリシックに集積して形成されている。
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor integrated device having the
As shown in FIG. 5, the semiconductor integrated
更に、レギュレータ20の出力電圧Voutが供給され、所定の情報処理等を実行する内部回路32と、内部回路32に情報および処理結果を入出力するためのインターフェイス回路33を具備している。
Furthermore, the output voltage Vout of the
また、インターフェイス回路33と外部回路(図示せず)を接続するためのボンディングパッド34a〜34dが形成されている。
基準電圧発生回路10のMOSトランジスタM1〜M5は、例えばn型シリコン基板内にp型ウェル領域を形成し、p型ウェル領域内にn型ドレイン領域、n型ソース領域、ゲート領域をそれぞれ形成することにより形成される。
For example, the MOS transistors M1 to M5 of the reference
デプレッション型のMOSトランジスタM1、M2、M4は、例えばゲート領域のチャネル部にごく微量のn型不純物を打ち込んでおくことにより形成される。 The depletion type MOS transistors M1, M2, and M4 are formed, for example, by implanting a very small amount of n-type impurity into the channel portion of the gate region.
ミラー回路を構成するMOSトランジスタM1、M4のゲート長およびゲート幅は、ミラー比が1となるようそれぞれ等しく設定することが好ましい。
同様に、ミラー回路を構成するMOSトランジスタM3、M5のゲート長およびゲート幅は、ミラー比が1となるようそれぞれ等しく設定することが好ましい。
The gate length and gate width of the MOS transistors M1 and M4 constituting the mirror circuit are preferably set to be equal to each other so that the mirror ratio is 1.
Similarly, the gate lengths and gate widths of the MOS transistors M3 and M5 constituting the mirror circuit are preferably set to be equal to each other so that the mirror ratio is 1.
以上説明したように、本実施例の基準電圧発生回路10は、第2回路12により、第1回路11のMOSトランジスタM1のゲートG1とソースS1を短絡することなく、MOSトランジスタM1のゲートにゲート・ドレイン電圧Vgs1がほぼ0Vとなるように電圧を与えているので、基準電圧Vrefを維持し、且つ電源電圧Vddに重畳してくる高周波の変動成分がMOSトランジスタM1のゲート・ドレイン間容量Cdg1を介して基準電圧出力端子13に現れるのを抑制することができる。
As described above, the reference
その結果、高周波領域での電源電圧変動除去比が向上し、電源電圧変動除去比の周波数特性を改善することができる。従って、十分な電源電圧変動除去比が得られる基準電圧発生回路および半導体集積装置を提供することができる。 As a result, the power supply voltage fluctuation removal ratio in the high frequency region is improved, and the frequency characteristics of the power supply voltage fluctuation removal ratio can be improved. Therefore, it is possible to provide a reference voltage generation circuit and a semiconductor integrated device that can obtain a sufficient power supply voltage fluctuation removal ratio.
また、第1回路11と第2回路12の電位関係は一義的に定まるので、電源電圧Vdd自体の変動には影響されず、CMOS製造プロセスに適している。
Further, since the potential relationship between the first circuit 11 and the
図6は本発明の実施例2に係る基準電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generating circuit according to
本実施例が実施例1と異なる点は、第2回路をデプレッション型のMOSトランジスタと抵抗の直列回路で構成したことにある。
即ち、図6に示すように、本実施例の基準電圧発生回路40は、直列接続されたMOSトランジスタM4と抵抗R3を有する第2回路42を具備している。
第2回路42の抵抗R3は、トランジスタM4のソースS4と基準電圧GNDの間に接続されている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the second circuit is constituted by a series circuit of a depletion type MOS transistor and a resistor.
That is, as shown in FIG. 6, the reference
The resistor R3 of the
抵抗R3はMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧Vgs1がほぼ0Vとなるように設定する。具体的には、例えばMOSトランジスタM4のドレイン電流による電圧降下が基準電圧VrefとMOSトランジスタM2のドレイン・ソース間電圧Vds2の和となるように抵抗R3を設定する。 The resistor R3 is set so that the gate-source voltage Vgs1 of the MOS transistor M1 is approximately 0V. Specifically, for example, the resistor R3 is set so that the voltage drop due to the drain current of the MOS transistor M4 becomes the sum of the reference voltage Vref and the drain-source voltage Vds2 of the MOS transistor M2.
これにより、基準電圧Vrefを維持し、且つ電源電圧Vddに重畳した高周波の変動成分がMOSトランジスタM1のゲート・ドレイン間容量Cgd1を介して基準電圧出力端子13に現れるのを抑制すること可能である。
As a result, it is possible to maintain the reference voltage Vref and suppress high-frequency fluctuation components superimposed on the power supply voltage Vdd from appearing at the reference
図7は基準電圧発生回路40の電源電圧変動除去比のシミュレーション結果を従来の基準電圧発生回路と比較して示す図で、図中の実線aが本実施例の場合、破線bが従来例の場合である。
また、破線cは第2回路42が、内部抵抗がゼロで、且つ周波数特性を持たない理想的な電圧源と仮定した場合の一例を示している。
FIG. 7 is a diagram showing the simulation result of the power supply voltage fluctuation removal ratio of the reference
A broken line c shows an example when the
図7から明らかなように、本実施例によれば、電源電圧変動除去比は図2と同様のV字型の周波数特性を示し、100Hzから1MHzの広い周波数領域において、従来例よりも高い電源電圧変動除去比を得ることが可能である。 As is apparent from FIG. 7, according to the present embodiment, the power supply voltage fluctuation rejection ratio shows the same V-shaped frequency characteristic as in FIG. 2, and in a wide frequency range from 100 Hz to 1 MHz, the power supply voltage is higher than that of the conventional example. It is possible to obtain a voltage fluctuation rejection ratio.
シミュレーションによれば、抵抗R3を変化させることにより最大の電源電圧変動除去比が得られる周波数dを変えることが可能である。例えば、抵抗R3を小さくすると最大の電源電圧変動除去比が得られる周波数dが高くなるので、実線aを破線cに更に近づけることができる。 According to the simulation, it is possible to change the frequency d at which the maximum power supply voltage fluctuation removal ratio is obtained by changing the resistance R3. For example, if the resistance R3 is reduced, the frequency d at which the maximum power supply voltage fluctuation removal ratio is obtained increases, so that the solid line a can be made closer to the broken line c.
以上説明したように、本実施例の基準電圧発生回路40では、第2回路42をMOSトランジスタM4と抵抗R3の直列回路としたので、抵抗R3により電源電圧変動除去比の周波数特性を調整することが容易になる利点がある。
As described above, in the reference
図8は本発明の実施例3に係る基準電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generating circuit according to
本実施例が実施例1と異なる点は、第2回路を抵抗の直列回路で構成したことにある。即ち、図8に示すように、本実施例の基準電圧発生回路50は直列接続された抵抗R4(第1抵抗)と抵抗R3(第2抵抗)を有する第2回路52を具備している。
抵抗R4の一端が電源電圧Vddに接続され、抵抗R4と抵抗R3の接続点aが第1回路11のMOSトランジスタM1のゲートG1に接続されている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the second circuit is constituted by a series circuit of resistors. That is, as shown in FIG. 8, the reference
One end of the resistor R4 is connected to the power supply voltage Vdd, and a connection point a between the resistors R4 and R3 is connected to the gate G1 of the MOS transistor M1 of the first circuit 11.
抵抗R4と抵抗R3はMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧Vgs1がほぼ0Vとなるように設定する。具体的には、例えば接続点aの電圧Vaが基準電圧VrefとMOSトランジスタM2のドレイン・ソース間電圧Vds2の和となるように抵抗R3と抵抗R4を設定することが好ましい。 The resistors R4 and R3 are set so that the gate-source voltage Vgs1 of the MOS transistor M1 is approximately 0V. Specifically, for example, it is preferable to set the resistor R3 and the resistor R4 so that the voltage Va at the connection point a becomes the sum of the reference voltage Vref and the drain-source voltage Vds2 of the MOS transistor M2.
これにより、基準電圧Vrefを維持し、且つ電源電圧Vddに重畳した高周波の変動成分がMOSトランジスタM1のゲート・ドレイン間容量Cgd1を介して基準電圧出力端子13に現れるのを抑制すること可能である。
As a result, it is possible to maintain the reference voltage Vref and suppress high-frequency fluctuation components superimposed on the power supply voltage Vdd from appearing at the reference
以上説明したように、本実施例の基準電圧発生回路50では、第2回路52を直列接続された抵抗による分圧回路としたので、回路構成が単純になる利点がある。
As described above, in the reference
図9は本発明の実施例4に係る基準電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generating circuit according to
本実施例が実施例1と異なる点は、第1および第2回路をp型のMOSトランジスタで構成したことにある。
即ち、図9に示すように、基準電圧発生回路60は、直列接続されたデプレッション型の第6絶縁ゲート電界効果トランジスタM6(以下MOSトランジスタM6という)と、デプレッション型の第7絶縁ゲート電界効果トランジスタM7(以下MOSトランジスタM7という)と、エンハンスメント型の第8絶縁ゲート電界効果トランジスタM8(以下MOSトランジスタM8という)を有し、基準電圧Vrefを発生する第1回路61と、直列接続されたデプレッション型の第9絶縁ゲート電界効果トランジスタM9(以下MOSトランジスタM9と言う)と、エンハンスメント型の第10絶縁ゲート電界効果トランジスタM10(以下MOSトランジスタM10という)を有し、MOSトランジスタM6のゲートG6に所定の電位を与える電圧を発生する第2回路62を具備している。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the first and second circuits are composed of p-type MOS transistors.
That is, as shown in FIG. 9, the reference
第1回路61および第2回路62は、電源電圧Vdd(第1の電位)と基準電圧GND(第2の電位)間にそれぞれ接続されている。
ここで、第1回路61のMOSトランジスタM6〜M8、および第2回路62のMOSトランジスタM9、M10の導電型は全てp型である。
The
Here, the conductivity types of the MOS transistors M6 to M8 of the
具体的には、第1回路61のMOSトランジスタM6は、ソースS6が電源電圧Vddに接続され、ゲートG6とドレインD6が短絡されている。
第1回路61のMOSトランジスタM7は、ソースS7がMOSトランジスタM6のドレインD6に接続され、ゲートG7とソースS7が短絡されている。
第1回路61のMOSトランジスタM8は、ソースS8がMOSトランジスタM7のドレインD7に接続され、ゲートG8が第2回路62に接続され、ドレインD8が基準電圧GNDに接続されている。
Specifically, in the MOS transistor M6 of the
In the MOS transistor M7 of the
In the MOS transistor M8 of the
第2回路12のMOSトランジスタM9は、ソースS9が電源電圧Vddに接続され、ゲートG9がMOSトランジスタM6のゲートG6に接続されている。
第2回路12のMOSトランジスタM10は、ソースS10がMOSトランジスタM9のドレインD9に接続され、ゲートG10がMOSトランジスタM8のゲートG8に接続され、ゲートG10とソースS10が短絡され、ドレインD10が基準電圧GNDに接続されている。
In the MOS transistor M9 of the
In the MOS transistor M10 of the
基準電圧Vrefは、電源電圧Vddから測ってエンンスメント型のMOSトランジスタM6の閾値電圧Vth6とデプレッション型のMOSトランジスタM7の閾値電圧Vth7の差で表わされる。 The reference voltage Vref is expressed by a difference between the threshold voltage Vth6 of the enhancement type MOS transistor M6 and the threshold voltage Vth7 of the depletion type MOS transistor M7 as measured from the power supply voltage Vdd.
これにより、電源電圧に重畳されて基準電圧GND側から進入する高周波の変動成分に対して高い電源電圧変動除去比を得ることが可能である。 As a result, it is possible to obtain a high power supply voltage fluctuation removal ratio with respect to the high frequency fluctuation components that are superimposed on the power supply voltage and enter from the reference voltage GND side.
以上説明したように、本実施例の基準電圧発生回路60では、第1および第2回路をp型のMOSトランジスタで構成したので、電源電圧Vddを基準とした基準電圧Vrefが得られる利点がある。
As described above, in the reference
図10は本発明の実施例5に係る基準電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generating circuit according to
本実施例が実施例1と異なる点は、第2回路が外部に配置されていることにある。
即ち、図10に示すように、基準電圧発生回路70は、第1回路11のMOSトランジスタM1のゲートG1が外部に配置された第2回路72の外部電圧源Vexに外部電源接続端子73を介して接続されている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the second circuit is arranged outside.
That is, as shown in FIG. 10, the reference
第2回路72の外部電圧源VexをMOSトランジスタM1のゲート・ソース間電圧Vgs1がほぼ0Vとなるように調節する。
The external voltage source Vex of the
これにより、基準電圧Vrefを維持し、且つ電源電圧Vddに重畳した高周波の変動成分がMOSトランジスタM1のゲート・ドレイン間容量Cgd1を介して基準電圧出力端子13に現れるのを抑制すること可能である。
As a result, it is possible to maintain the reference voltage Vref and suppress high-frequency fluctuation components superimposed on the power supply voltage Vdd from appearing at the reference
外部電源Vexとしては、内部抵抗が小さく、且つ周波数依存性の少ないものであれば特に限定されないが、例えばドライバッテリーなどが使用可能である。 The external power source Vex is not particularly limited as long as the internal resistance is small and the frequency dependency is small. For example, a dry battery can be used.
以上説明したように、本実施例の基準電圧発生回路70では、第2回路を外部に配置したので、第2回路の設計の自由度が増加する利点がある。
As described above, in the reference
10、40、50、60、70 基準電圧発生回路
11、61 第1回路
12、42、52、62、72 第2回路
13 基準電圧出力端子
20 レギュレータ
21 分圧回路
22 差動増幅器
30 半導体集積装置
31 半導体チップ
34a〜34d ボンディングパッド
73 外部電源接続端子
M1、M2、M4 n−ディプレション型MOSトランジスタ
M3、M5 n−エンハンスメント型MOSトランジスタ
M6、M7、M8 p−ディプレション型MOSトランジスタ
M9、M10 p−エンハンスメント型MOSトランジスタ
R1、R2、R3、R4 抵抗
Vref 基準電圧
Vex 外部電圧源
10, 40, 50, 60, 70 Reference
Claims (3)
ドレインが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがソースに接続されたデプレッション型の第2絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがドレインに短絡接続され、ソースが第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第3絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第1の電位に接続され、ゲートが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースがゲートに接続されたデプレッション型の第4絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第4絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第3絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第5絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
を具備することを特徴とする基準電圧発生回路。 A depletion-type first insulated gate field effect transistor having a drain connected to a first potential;
A depletion type second insulated gate field effect transistor having a drain connected to a source of the first insulated gate field effect transistor and a gate connected to the source;
An enhancement type third insulated gate field effect transistor having a drain connected to a source of the second insulated gate field effect transistor, a gate connected to the drain in a short circuit , and a source connected to a second potential;
A depletion type fourth insulated gate field effect transistor having a drain connected to the first potential, a gate connected to the gate of the first insulated gate field effect transistor, and a source connected to the gate;
An enhancement type fifth insulated gate having a drain connected to the source of the fourth insulated gate field effect transistor, a gate connected to the gate of the third insulated gate field effect transistor, and a source connected to the second potential A field effect transistor;
A reference voltage generating circuit comprising:
ドレインが第1の電位に接続されたデプレッション型の第1絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがソースに接続されたデプレッション型の第2絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートがドレインに短絡接続され、ソースが第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第3絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第1の電位に接続され、ゲートが前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースがゲートに接続されたデプレッション型の第4絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第4絶縁ゲート電界効果トランジスタのソースに接続され、ゲートが前記第3絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第2の電位に接続されたエンハンスメント型の第5絶縁ゲート電界効果トランジスタと、
が同一チップ上に集積して形成されていることを特徴とする半導体集積装置。 at least,
A depletion-type first insulated gate field effect transistor having a drain connected to a first potential;
A depletion type second insulated gate field effect transistor having a drain connected to a source of the first insulated gate field effect transistor and a gate connected to the source;
An enhancement type third insulated gate field effect transistor having a drain connected to a source of the second insulated gate field effect transistor, a gate connected to the drain in a short circuit , and a source connected to a second potential;
A depletion type fourth insulated gate field effect transistor having a drain connected to the first potential, a gate connected to the gate of the first insulated gate field effect transistor, and a source connected to the gate;
An enhancement type fifth insulated gate having a drain connected to the source of the fourth insulated gate field effect transistor, a gate connected to the gate of the third insulated gate field effect transistor, and a source connected to the second potential A field effect transistor;
Are integrated and formed on the same chip.
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