JP4838596B2 - 定電流回路 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路として形成され、定電流を生成して出力する定電流回路に係わり、特にトリミングが可能な定電流回路に関する。

定電流回路は、定電流を必要とする各種電子回路、例えばランプ電圧発生回路や三角波発生回路などに広く用いられる基本的な回路であり、使用する各種電子回路に対して高い精度で定電流を供給することが要求されている。
例えば、図３に示すように、定電流回路は、ｐ型のＭＯＳトランジスタであるトランジスタ２０４，２０５及びｎ型のディプレッショントランジスタ２０３から構成され、負荷２０６に対して定電流を供給している。
ところが、上述したようなディプレッショントランジスタを用いた定電流回路は、製造工程における製造ばらつきにより電流値が変動してしまうという問題を有している。
この問題を解決するため、ディプレッショントランジスタを複数種類用意し、電流値を調整するためのトリミングを行い、期待する電流値を得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような回路の場合、定電流回路のトリミング調整後でなければ、トリミングを行う必要があるレギュレータ，差動アンプ，Ｄ／Ａ変換器，Ａ／Ｄ変換器などの回路にたいして、適正な電流値を供給することができず、各種電気回路の特性を調整するためのトリミングを行うことはできない。

このため、従来の定電流回路構成を用いた半導体回路は、例えば、以下の工程が必要となる。
ａ．近傍に定電流回路と同様なダミーのディプレッショントランジスタを形成して、このディプレッショントランジスタの電流値を測定する。
ｂ．測定した電流値に基づいて定電流回路のトリミング調整を行う。
ｃ．負荷である各種電気回路の特性をテストする。
ｄ．各種電気回路のトリミングを行う。
ｅ．出荷検査を行い、出荷する。
上述したように、電気特性のテスト及びトリミング処理を、定電流回路及び定電流が供給される対象の各種電気回路各々に対して別々に行う必要があり、上述した５つの工程が必要となり、製造の手間がかかり製造原価を増加させる欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、トリミング調整を行う前であっても、各種電気回路の電流値の特性が得られ、この特性に基づいてトリミング調整を行うことができ、定電流回路及び負荷双方のトリミング処理が一括して行え、高い精度の各特性の調整が行えるのみでなく、製造の工程数を削減して製造原価を従来に比較して低下させることを可能とする定電流回路を提供することを目的とする。

上述する課題を解決するため、本発明の定電流回路は、基準電流を流す第１のトランジスタ（例えば、実施形態のトランジスタ１０４）と、負荷（例えば、実施形態の負荷１０６）に対する出力電流を流す第２のトランジスタ（例えば、実施形態のトランジスタ１０５）とをカレントミラー接続して構成された電流出力部と、前記第１のトランジスタに直列に接続され、前記基準電流を、トリミングすることにより調整するディプレッショントランジスタ（例えば、実施形態のトランジスタ１０３）と、
前記ディプレッショントランジスタと接地点との間に介挿され、ディプレッショントランジスタと接地点との接続をオン／オフ制御する第３のトランジスタ（例えば、実施形態のトランジスタ１０７）と、前記第１のトランジスタに基準電流を流すための第１の外部端子とを有することを特徴とする。

本発明の定電流回路は、前記第３のトランジスタのゲートに電圧を印加するための第２の外部端子が設けられていることを特徴とする。

本発明の定電流回路は、前記第２の外部端子に入力端子が接続され、前記第３のトランジスタのゲートに出力端子が接続されるよう、第２の外部端子及び第３のトランジスタのゲート間に介挿されたインバータと、前記インバータの入力端子と接地点との間に介挿されたプルダウン抵抗とを有することを特徴とする。

上述したように、本発明の定電流回路は、電源端子に電源を接続せずに、上記第３のトランジスタをオン状態とし、外部からディプレッショントランジスタの電流値を測定するモードと、上記第３のトランジスタをオフ状態とし、ディプレッショントランジスタに対して電流を流さず、第１の外部端子に基準電流を流し、負荷の電気特性を測定するモードとを、第２の外部端子で切り替えるようにし、定電流回路のトリミング調整を行う前であっても、負荷の電気特性を測定することができる。

以上説明したように、本発明の定電流回路によれば、抵抗部のトリミング調整を行う前に、負荷の正確な電気特性をテストすることができるため、トリミング調整が必要な負荷の場合、ディプレッショントランジスタと負荷の特性とを同時に測定し、かつディプレッショントランジスタと負荷の各種電気回路とのトリミングを同時に行えるため、全体的な工程を削減することができ、製造原価を低下させることができる。
また、本発明の定電流回路によれば、ダミーでなくディプレッショントランジスタ自体の電流値を測定できるため、高い精度で電流値のトリミングを行うことができる。

以下、本発明の一実施形態による定電流回路を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による定電流回路の構成例を示すブロック図である。
この図において、負荷１０６に対して定電流を供給する定電流回路は、トランジスタ１０４，トランジスタ１０５，トランジスタ１０７，トランジスタ１０３とから構成されている。ここで、トランジスタ１０４及び１０５はエンハンス形のｐ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタ１０３はディプレッション形のｎ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタ１０２はエンハンス形のｎ型ＭＯＳトランジスタである。

上記トランジスタ１０４は、ソースが電源（ＶDD）端子ＴVDDに接続され、ゲートとドレインとがトランジスタ１０３のドレインと接続され、定電流回路における基準電流を流す。
トランジスタ１０５は、ソースが電源端子に接続され、ゲートがトランジスタ１０４のゲートと接続され、ドレインが負荷における所定の回路に接続され、負荷に対する出力電流を流す。上述したように、トランジスタ１０４及びトランジスタ１０５とはカレントミラー接続されており、トランジスタ１０４に流れる基準電流と同一の出力電流がトランジスタ１０５に流れる。

トランジスタ１０３は、トランジスタ１０４と直列に接続され、すなわち、ドレインがトランジスタ１０４のドレインと接続され、ソースがトランジスタ１０７のドレインと接続され、上記基準電流を制御する電流値をトリミングすることにより調整する。例えば、このトランジスタ１０３は、複数のディプレッション形のｎ型ＭＯＳトランジスタのマトリクスから構成され、使用するか否かをバイパスする配線をレーザ等で切断して電流値の調整を行う。

トランジスタ１０７は、ドレインがトランジスタ１０３のソースと接続され、ソースが接地点と接続され、トランジスタ１０３及び接地点間に介挿され、ゲートに印加される電圧によりオン／オフし、トランジスタ１０３のソースと接地点との間の接続を制御する。
外部端子１０１（第１の外部端子）は、トランジスタ１０４及びトランジスタ１０３との接続点（すなわち、双方のドレイン）に測定電圧を印加し、トランジスタ１０３の電圧を印加し、またはトランジスタ１０４に対して外部から基準電流を流すために設けられている。

外部端子１０２（第２の外部端子）は、トランジスタ１０７をオン／オフ制御する電圧を、トランジスタ１０７のゲートに印加するために設けられている。
負荷１０６は、上記基準電流の電流値に対応して、所定の性能を満足させるためにトリミングが必要な各種回路、例えば、レギュレータ，差動アンプ，Ｄ／Ａ変換器，Ａ／Ｄ変換器などの回路である。

次に、図１を参照し、一実施形態の動作例を説明する。
図示しない測定器においては、外部端子１０２に対して「Ｈ」レベル、すなわちＶDD電位の信号を印加してトランジスタ１０７をオン状態とし、電源端子ＴVDDを電源（ＶDD：電源電圧）に接続せず、外部から外部端子１０１に測定電圧を印加し、トランジスタ１０３に流れる電流を測定する。
そして、上記測定器は、測定した電流値をディプレッショントランジスタアレイからレーザで切断処理を行う対象を選択し、すなわちトランジスタ１０３の抵抗値のトリミング調整を行うための制御データを出力する。

次に、測定器は、外部端子１０２に対して「Ｌ」レベル、すなわち電源Ｖss（接地電圧）の信号を印加してトランジスタ１０７をオフ状態とし、かつ電源端子ＴVDDを電源ＶDDに接続し、外部端子１０１に測定電圧を印加して、基準電流の設定値（例えば、１０μＡなど）に対応する電流、すなわちトランジスタ１０３をトリミング調整した後に、トランジスタ１０４に流れる基準電流に対応した電流を外部から流す。電源Ｖssは、電源端子ＴVssから供給されている。
そして、上記基準電流に基づき、トランジスタ１０４とカレントミラー接続をされたトランジスタ１０５から出力電流（基準電流に対応した電流）を供給、すなわち設計時に設定された負荷に供給される電流を、あたかもトランジスタ１０３のトリミング調整がされたかのように擬似的に与え、負荷１０６の特性をテストする。

このとき、測定器は、例えば、負荷１０６がＡ／Ｄコンバータであれば、入力した電圧が正しいデジタル値に変換されるか否かを測定し、予め設定されている抵抗値と、測定した抵抗値とから、どの程度抵抗を調整するかを検出し、この検出結果から、必要な抵抗値とするため、トリミング素子（例えば、ディプレッショントランジスタアレイや抵抗アレイ）からレーザで切断処理を行う対象を選択し、すなわち負荷１０６におけるトリミング素子の抵抗値のトリミング調整を行うための制御データを出力する。
本願発明の構成によれば、上述した測定器のテストにおいて、定電流回路におけるトランジスタ１０３の抵抗値、及び負荷１０６の電気特性の双方の測定を一度に行え、トリミング処理に必要な制御データを一括して取得することができる。

次に、トランジスタ１０３及び負荷１０６内におけるトランジスタや抵抗等のトリミング調整を行い、すなわちトリミング装置に上記制御データを入力することにより、トリミング装置は入力された制御データに基づき、トリミング素子であるトランジスタ１０３を、レーザトリミング等により調整し、定電流回路が予め設計時に設定された基準電流を流すよう制御する。
同様に、トリミング装置は入力された制御データに基づき、負荷１０６の各種電気回路の抵抗値をレーザトリミング等により調整し、各種電気回路が予め設計時に設定された電気特性を示すように制御する。

上述したように、トランジスタ１０３に電流を流すか否かを制御するトランジスタ１０７と、トランジスタ１０３に対して外部から電流を流すための外部端子１０１とを設けることにより、トランジスタ１０３の電流値を測定することができる。
また、トランジスタ１０３に電流を流さないようにし、外部からトランジスタ１０４に基準電流を流すことにより、トランジスタ１０３をトリミング調整した後と同様な状態にて、負荷１０６の電気特性をテストして、トリミング調整に対する制御データを取得することができる。

この結果、従来の定電流回路においては、定電流回路における基準電流の調整を行うために、基準電流を生成するトリミング素子と同様な構成のダミーのトリミング素子を測定し（工程１）、基準電流を生成するトリミング素子をトリミング調整し（工程２）、定電流回路からの出力電流で動作する負荷１０６の電気特性を検出し（工程３）、検出結果に基づいて負荷１０６のトリミング処理を行い（工程４）、負荷１０６が正常に動作指定いるか否かのテストをして出荷する（工程５）ため、全体で５工程が必要となる。

一方、本実施形態における定電流回路は、上述したように、トランジスタ１０７と外部端子１０１とを設けたことにより、定電流回路の抵抗値及び負荷１０６の電気特性のテストをし（工程１）、テスト結果によるトリミング処理を行い（工程２）、負荷１０６が正常に動作指定いるか否かのテストをして出荷する（工程３）ため、全体で３工程が必要であり、従来例の５工程に比較すると、出荷までの工程を大幅に削減できることとなる。

また、本実施形態における定電流回路は、外部端子を設けたことにより、基準電流を生成するためのトリミング素子を直接測定することができ、ダミーを使用して間接的なトリミング処理に必要な制御データを抽出する従来例と比較すると、より精度の高い調整を行うことができる。
また、製品に搭載する際には、外部端子１０２を電源ＶDDに接続して、常に「Ｈ」レベルの信号がトランジスタ１０７のゲートに入力される状態とする必要がある。一方、外部端子１０１は、不必要な電圧や電流が流れ込むと定電流回路が正常に動作しないため、必ずオープン状態とする。

次に、他の実施形態としては、図１の実施形態に対して、図２に示すインバータ１０９とディプレッション形のｎ形ＭＯＳトランジスタ１０８とを設けた構成がある。図２はこの他の実施形態による定電流回路の構成例を示すブロック図である。

ここで、インバータ１０９の入力端子が外部端子１０２と接続され、インバータ１０９の出力端子がトランジスタ１０７のゲートに接続されている。
これにより、トランジスタ１０７をオン状態とする場合、外部端子１０２に対して「Ｌ」レベルの信号を入力させ、一方、トランジスタ１０７をオフ状態とさせる場合、外部端子１０２に対して「Ｈ」レベルの信号を入力させる。

また、インバータ１０９の入力端子と接地点との間にディプレッショントランジスタ１０８が介挿されている。ここで、ディプレッショントランジスタ１０８は、ドレインがインバータ１０９の入力端子に接続され、ゲート及びソースが接地点に接続され、定電流源として動作している。
図１の定電流回路においては、トリミング調整の制御データを取得した後、製品に搭載する際、外部端子１０２を電源（ＶDD）に接続して、「Ｈ」レベルの信号が入力された状態とする必要がある。

しかしながら、図２の他の実施形態においては、製品に搭載する際、外部端子１０２を電源ＶDDまたは電源Ｖssのいずれの電源に接続せず、オープン状態としても、インバータ１０９の入力端子がディプレッショントランジスタ１０８により接地電圧（「Ｌ」レベル）とされた状態となっている。このため、常に「Ｈ」レベルの信号がインバータ１０９より、トランジスタ１０７のゲートに対して出力され、トランジスタ１０７がオン状態となっており、端子ＴVDDに電源ＶDDが接続された状態であれば、基準電流がトランジスタ３に流れる状態であり、定電流回路は基準電流（出力電流）を負荷１０６に対して供給している。

また、上記ディプレッショントランジスタ１０８に換えて、外部端子１０２がオープン状態のとき、トランジスタ１０７のゲートの電位を「Ｌ」レベルとする程度の抵抗値（高い抵抗値）と、外部端子１０２に「Ｈ」レベルの信号が入力された際に、インバータ１０９が入力を「Ｈ」レベルとして検出し、反転動作を行い、出力を「Ｌ」レベルとする程度に、インバータ１０９の入力端子を「Ｈ」レベルの電位とする抵抗値（低い抵抗値）との範囲を有する抵抗としてもよい。

本発明の一実施形態による定電流回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態による定電流回路の構成例を示すブロック図である。 従来の定電流回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０２，１０３，１０４，１０５，１０７，１０８…トランジスタ
１０１，１０２…外部端子
１０６…負荷
１０９…インバータ

Claims (1)

1. 基準電流を流す第１のトランジスタと、負荷に対する出力電流を流す第２のトランジスタとをカレントミラー接続して構成された電流出力部と、
   前記第１のトランジスタに直列に接続され、前記基準電流を、トリミングすることにより調整するディプレッショントランジスタと、前記ディプレッショントランジスタと接地点との間に介挿され、ディプレッショントランジスタと接地点との接続をオン／オフ制御する第３のトランジスタと、前記第１のトランジスタに基準電流を流すための第１の外部端子と、前記第３のトランジスタのゲートに電圧を印加するための第２の外部端子と、前記第２の外部端子に入力端子が接続され、前記第３のトランジスタのゲートに出力端子が接続されるよう、第２の外部端子及び第３のトランジスタのゲート間に介挿されたインバータと、前記インバータの入力端子と接地点との間に介挿されたプルダウン抵抗と、
   を有することを特徴とする定電流回路。

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