JP4941733B2

JP4941733B2 - Current amplifier circuit

Info

Publication number: JP4941733B2
Application number: JP2007085896A
Authority: JP
Inventors: 清孝辻
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP2008245152A

Description

本発明は、電流増幅回路に関する。特に、本発明は、増幅率が可変である電流増幅回路に関する。 The present invention relates to a current amplifier circuit. In particular, the present invention relates to a current amplifier circuit having a variable amplification factor.

入力電流を増幅して出力する電流増幅回路が知られている。電流増幅回路は、半導体集積回路中の信号処理回路や演算回路等において用いられる。電流増幅の方式としては、カレントミラー回路を用いる方式（例えば特許文献１参照）や、差動増幅回路と負荷抵抗を用いる方式が知られている。 A current amplifier circuit that amplifies and outputs an input current is known. The current amplifier circuit is used in a signal processing circuit, an arithmetic circuit, or the like in a semiconductor integrated circuit. As a current amplification method, a method using a current mirror circuit (see, for example, Patent Document 1) and a method using a differential amplifier circuit and a load resistor are known.

また、抵抗値が可変である抵抗変化素子の一種として、「磁気抵抗効果素子」が知られている。典型的な磁気抵抗効果素子は、反強磁性体層、磁化固定層（ピン層）、非磁性層、磁化自由層（フリー層）が順番に積層された構造を有している。非磁性層は、磁化固定層と磁化自由層によって挟まれている。磁化固定層及び磁化自由層は、強磁性体層であり、自発磁化を有している。磁化固定層の磁化の向きは、反強磁性体層によって実質的に固定されている。一方、磁化自由層の磁化の向きは、磁化容易軸に沿って反転可能であり、磁化固定層の磁化の向きと平行、あるいは、反平行となり得る。 In addition, a “magnetoresistance effect element” is known as a kind of variable resistance element having a variable resistance value. A typical magnetoresistive element has a structure in which an antiferromagnetic material layer, a magnetization fixed layer (pinned layer), a nonmagnetic layer, and a magnetization free layer (free layer) are laminated in order. The nonmagnetic layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. The magnetization fixed layer and the magnetization free layer are ferromagnetic layers and have spontaneous magnetization. The magnetization direction of the magnetization fixed layer is substantially fixed by the antiferromagnetic layer. On the other hand, the magnetization direction of the magnetization free layer can be reversed along the easy axis of magnetization, and can be parallel or antiparallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer.

このような積層構造の積層方向の抵抗値は、磁化固定層と磁化自由層との間の磁化方向の関係に依存する。具体的には、磁化固定層と磁化自由層の磁化の向きが“反平行”である場合の抵抗値（Ｒ＋ΔＲ）は、磁気抵抗効果により、“平行”である場合の抵抗値（Ｒ）よりも大きくなる。その抵抗変化率（ＭＲ比）ΔＲ／Ｒは、数１０〜数１００％になることが知られている。このように、磁気抵抗効果素子は、高抵抗値と低抵抗値の２値を取り得る。その抵抗値は、不揮発的に保持される。 The resistance value in the stacking direction of such a stacked structure depends on the relationship of the magnetization direction between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer. Specifically, the resistance value (R + ΔR) when the magnetization directions of the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are “antiparallel” is more than the resistance value (R) when “parallel” due to the magnetoresistance effect. Also grows. The resistance change rate (MR ratio) ΔR / R is known to be several tens to several hundreds of percent. Thus, the magnetoresistive effect element can take two values, a high resistance value and a low resistance value. The resistance value is held in a nonvolatile manner.

抵抗値は、磁化自由層と磁化固定層との間に定電圧を印加する、あるいは、定電流を流すことにより測定可能である。一方、抵抗値を変化させるには、磁化自由層の磁化の向きを反転させればよい。その磁化方向を反転させるために、典型的には、外部磁場が磁化自由層に印加される。外部磁場は、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた書き換え配線に書き換え電流を流すことにより生成される。磁化自由層に印加される外部磁場の方向は、書き換え電流の方向により制御可能である。その外部磁場の方向を制御することにより、高抵抗値あるいは低抵抗値への書き換えが可能となる。このように、磁気抵抗効果素子の抵抗値は、素子製造後にも電気的に変更可能であり、且つ、不揮発的に保持される。 The resistance value can be measured by applying a constant voltage or flowing a constant current between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer. On the other hand, to change the resistance value, the magnetization direction of the magnetization free layer may be reversed. In order to reverse the magnetization direction, an external magnetic field is typically applied to the magnetization free layer. The external magnetic field is generated by flowing a rewrite current through a rewrite wiring provided near the magnetoresistive effect element. The direction of the external magnetic field applied to the magnetization free layer can be controlled by the direction of the rewrite current. By controlling the direction of the external magnetic field, rewriting to a high resistance value or a low resistance value is possible. As described above, the resistance value of the magnetoresistive effect element can be electrically changed even after the element is manufactured, and is held in a nonvolatile manner.

磁気抵抗効果素子としては、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel MagnetoResistance）素子や、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant MagnetoResistance）素子が知られている。ＴＭＲ素子の場合、磁化自由層と磁化固定層に挟まれる非磁性層は、Ａｌ_２Ｏ_３膜等の薄いトンネル絶縁膜である。ＧＭＲ素子の場合、非磁性層は例えばＣｕ膜である。ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子は、例えば、磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルとして用いられる（特許文献２参照）。 As the magnetoresistive effect element, a tunnel magnetoresistive effect (TMR) element and a giant magnetoresistive effect (GMR: Giant MagnetoResistance) element are known. In the case of the TMR element, the nonmagnetic layer sandwiched between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer is a thin tunnel insulating film such as an Al ₂ O ₃ film. In the case of the GMR element, the nonmagnetic layer is, for example, a Cu film. The TMR element and the GMR element are used as, for example, a memory cell of a magnetic random access memory (see Patent Document 2).

特許文献３には、磁気抵抗効果素子に製造ばらつきがあった場合でも、抵抗変化を出力できる回路構成が開示されている。その回路構成によれば、磁気抵抗効果素子の一端が、直流電源の一端に接続される。また、可変抵抗素子の一端も、その直流電源の一端に接続される。磁気抵抗効果素子の他端は、カレントミラー回路の電流入力端に接続され、可変抵抗素子の他端は、カレントミラー回路の電流出力端に接続される。カレントミラー回路の共通端子は、直流電源の他端に接続される。カレントミラー回路は、磁気抵抗効果素子と可変抵抗素子に等しい電流を流す。比較回路は、磁気抵抗効果素子１１の他端の電圧と可変抵抗素子の他端の電圧とを比較する。 Patent Document 3 discloses a circuit configuration that can output a resistance change even when the magnetoresistive effect element has manufacturing variations. According to the circuit configuration, one end of the magnetoresistive effect element is connected to one end of the DC power supply. One end of the variable resistance element is also connected to one end of the DC power supply. The other end of the magnetoresistive effect element is connected to the current input terminal of the current mirror circuit, and the other end of the variable resistance element is connected to the current output terminal of the current mirror circuit. The common terminal of the current mirror circuit is connected to the other end of the DC power supply. The current mirror circuit passes an equal current to the magnetoresistive effect element and the variable resistance element. The comparison circuit compares the voltage at the other end of the magnetoresistive effect element 11 with the voltage at the other end of the variable resistance element.

特開２００６−２２１５７９号公報JP 2006-221579 A 特開２００３−８５９６６号公報JP 2003-85966 A 特開平１０−２０００７号公報JP-A-10-20007

電流増幅回路として従来のカレントミラー回路が用いられる場合、電流増幅率は、回路レイアウトに依存して固定される。したがって、回路製造後に電流増幅率を変更することはできない。 When a conventional current mirror circuit is used as the current amplifier circuit, the current amplification factor is fixed depending on the circuit layout. Therefore, the current amplification factor cannot be changed after the circuit is manufactured.

一方、差動増幅回路と負荷抵抗が用いられる場合、トランジスタのチャネル抵抗を負荷抵抗として用い、ゲート電圧を制御することによって、電流増幅率を可変に設定することができる。但しこの場合、電流増幅率を保持するためには、負荷トランジスタにゲート電圧を常に印加し続ける必要がある。電力供給が切断されると、その電流増幅率の設定は消えてしまう。電流増幅率の設定を記憶しておくように、不揮発性メモリと制御回路を別途設けることも考えられる。しかしながら、不揮発性メモリと制御回路は差動増幅回路に比べてはるかに大きいため、集積回路が全体として大規模且つ複雑になってしまう。 On the other hand, when a differential amplifier circuit and a load resistor are used, the current amplification factor can be variably set by using the channel resistance of the transistor as the load resistor and controlling the gate voltage. However, in this case, in order to maintain the current amplification factor, it is necessary to continuously apply the gate voltage to the load transistor. When the power supply is cut off, the current amplification factor setting disappears. It is conceivable to separately provide a nonvolatile memory and a control circuit so as to store the setting of the current amplification factor. However, since the nonvolatile memory and the control circuit are much larger than the differential amplifier circuit, the integrated circuit becomes large and complicated as a whole.

本発明の目的は、電流増幅率が可変であり、且つ、その電流増幅率を不揮発的に保持することができる電流増幅回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a current amplifying circuit that has a variable current gain and can hold the current gain in a nonvolatile manner.

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 [Means for Solving the Problems] will be described below using the numbers and symbols used in [Best Mode for Carrying Out the Invention]. These numbers and symbols are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明の第１の観点において、電流増幅回路は、入力電流（Ｉｉｎ）が入力される入力端子（ＩＮ）と、出力電流（Ｉｏｕｔ）が出力される出力端子（ＯＵＴ）と、入力端子（ＩＮ）に一端が接続された第１抵抗素子（１０）と、入力端子（ＩＮ）に一端が接続された第２抵抗素子（２０）と、第１抵抗素子（１０）の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第１カレントミラー回路（４０）と、第２抵抗素子（２０）の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第２カレントミラー回路（５０）と、を備える。第１カレントミラー回路（４０）は、出力端子（ＯＵＴ）に電流を流し込むように構成され、一方、第２カレントミラー回路（５０）は、当該出力端子（ＯＵＴ）から電流を引き込むように構成される。上記第１抵抗素子（１０）と第２抵抗素子（２０）の少なくとも１つは、磁気抵抗効果素子である。 In the first aspect of the present invention, the current amplifier circuit includes an input terminal (IN) to which an input current (Iin) is input, an output terminal (OUT) from which an output current (Iout) is output, and an input terminal (IN). ), One end connected to the input terminal (IN), the second resistance element (20) connected to the input terminal (IN), the other end of the first resistance element (10) and the output terminal ( OUT) and a second current mirror circuit (50) interposed between the other end of the second resistance element (20) and the output terminal (OUT), Is provided. The first current mirror circuit (40) is configured to flow current into the output terminal (OUT), while the second current mirror circuit (50) is configured to draw current from the output terminal (OUT). The At least one of the first resistance element (10) and the second resistance element (20) is a magnetoresistive effect element.

例えば、第１抵抗素子（１０）と第２抵抗素子（２０）の双方が磁気抵抗効果素子である。その場合、入力端子（ＩＮ）に入力される入力電流（Ｉｉｎ）は、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）に応じて分流される。第１カレントミラー回路（４０）は、一方の磁気抵抗効果素子（１０）を流れる電流に応じた電流を出力端子（ＯＵＴ）に流し込む。第２カレントミラー回路（５０）は、他方の磁気抵抗効果素子（２０）を流れる電流に応じた電流を出力端子（ＯＵＴ）から引き込む。これら２つの電流の差分が、出力電流（Ｉｏｕｔ）として出力端子（ＯＵＴ）から出力される。 For example, both the first resistance element (10) and the second resistance element (20) are magnetoresistive elements. In this case, the input current (Iin) input to the input terminal (IN) is shunted according to the resistance values (R1, R2) of the two magnetoresistive elements. The first current mirror circuit (40) flows a current corresponding to the current flowing through one magnetoresistive element (10) into the output terminal (OUT). The second current mirror circuit (50) draws a current corresponding to the current flowing through the other magnetoresistive element (20) from the output terminal (OUT). The difference between these two currents is output from the output terminal (OUT) as the output current (Iout).

入力電流（Ｉｉｎ）に対する出力電流（Ｉｏｕｔ）の増幅率は、２つの磁気抵抗効果素子（１０，２０）のそれぞれを流れる電流の比率によって決まる。その電流の比率は、２つの磁気抵抗効果素子（１０，２０）のそれぞれの抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）によって決まる。従って、磁気抵抗効果素子（１０，２０）の抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）を制御することによって、電流増幅率を可変に設定することが可能となる。また、磁気抵抗効果素子（１０，２０）は抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）を不揮発的に保持する。従って、本発明に係る電流増幅回路の電流増幅率も不揮発的に保持される。電流増幅率を不揮発的に保持するために、不揮発性メモリや制御回路は不要である。その結果、集積回路の規模の増大が防止される。 The amplification factor of the output current (Iout) with respect to the input current (Iin) is determined by the ratio of the current flowing through each of the two magnetoresistive elements (10, 20). The ratio of the current is determined by the resistance values (R1, R2) of the two magnetoresistive elements (10, 20). Therefore, the current amplification factor can be variably set by controlling the resistance values (R1, R2) of the magnetoresistive effect elements (10, 20). The magnetoresistive effect elements (10, 20) hold the resistance values (R1, R2) in a nonvolatile manner. Therefore, the current amplification factor of the current amplification circuit according to the present invention is also held in a nonvolatile manner. In order to hold the current amplification factor in a nonvolatile manner, a nonvolatile memory and a control circuit are unnecessary. As a result, an increase in the scale of the integrated circuit is prevented.

更に、磁気抵抗効果素子（１０，２０）の場合、その抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）を外部磁場の印加により変化させることが可能である。その外部磁場は、入力電流（Ｉｉｎ）とは別の電流経路（１３，２３）を流れる書き換え電流（ＩＷ１，ＩＷ２）により生成される。このことは、入力電流（Ｉｉｎ）を入力したまま、磁気抵抗効果素子（１０，２０）の抵抗値（Ｒ１，Ｒ２）を変化させることができることを意味する。言い換えれば、電流増幅回路の動作を停止することなく、電流増幅動作と増幅率変更を並行して行うことができる。集積回路に複数の電流増幅回路が搭載される場合、その集積回路を動作させたままで、複数の電流増幅回路のそれぞれの電流増幅率を一括して変更することが可能である。 Further, in the case of the magnetoresistive element (10, 20), the resistance value (R1, R2) can be changed by applying an external magnetic field. The external magnetic field is generated by a rewrite current (IW1, IW2) that flows through a current path (13, 23) different from the input current (Iin). This means that the resistance values (R1, R2) of the magnetoresistive effect elements (10, 20) can be changed while the input current (Iin) is input. In other words, the current amplification operation and the gain change can be performed in parallel without stopping the operation of the current amplification circuit. When a plurality of current amplification circuits are mounted on an integrated circuit, the current amplification factors of the plurality of current amplification circuits can be collectively changed while the integrated circuit is operated.

本発明の第２の観点において、電流増幅回路は、入力電流（Ｉｉｎ１〜Ｉｉｎ３）がそれぞれ入力される複数の電源増幅ユニット（ＣＡ１〜ＣＡ３）と、それら電源増幅ユニット（ＣＡ１〜ＣＡ３）に対して共通に設けられた出力端子（ＯＵＴ）とを備える。複数の電流増幅ユニット（ＣＡ１〜ＣＡ３）の各々は、入力電流（Ｉｉｎ）が入力される入力端子（ＩＮａ）と、入力端子（ＩＮａ）に一端が接続された第１抵抗素子（１０）と、入力端子（ＩＮａ）に一端が接続された第２抵抗素子（２０）と、第１抵抗素子（１０）の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第１カレントミラー回路（４０）と、第２抵抗素子（２０）の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第２カレントミラー回路（５０）と、を備える。第１カレントミラー回路（４０）は、出力端子（ＯＵＴ）に電流を流し込むように構成され、一方、第２カレントミラー回路（５０）は、当該出力端子（ＯＵＴ）から電流を引き込むように構成される。上記第１抵抗素子（１０）と第２抵抗素子（２０）の少なくとも１つは、磁気抵抗効果素子である。 In the second aspect of the present invention, the current amplifying circuit includes a plurality of power amplifying units (CA1 to CA3) to which input currents (Iin1 to Iin3) are respectively input, and the power amplifying units (CA1 to CA3). And an output terminal (OUT) provided in common. Each of the plurality of current amplification units (CA1 to CA3) includes an input terminal (INa) to which an input current (Iin) is input, a first resistance element (10) having one end connected to the input terminal (INa), A second resistance element (20) having one end connected to the input terminal (INa), and a first current mirror circuit (40) interposed between the other end of the first resistance element (10) and the output terminal (OUT). And a second current mirror circuit (50) interposed between the other end of the second resistance element (20) and the output terminal (OUT). The first current mirror circuit (40) is configured to flow current into the output terminal (OUT), while the second current mirror circuit (50) is configured to draw current from the output terminal (OUT). The At least one of the first resistance element (10) and the second resistance element (20) is a magnetoresistive effect element.

本発明の第３の観点において、電流増幅回路は、入力電流（Ｉｉｎ）が入力される入力端子（ＩＮ）と、出力電流（Ｉｏｕｔ）が出力される出力端子（ＯＵＴ）と、入力端子（ＩＮ）に一端が接続された第１抵抗素子と、入力端子（ＩＮ）に一端が接続された第２抵抗素子と、第１抵抗素子の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第１カレントミラー回路（４０）と、第２抵抗素子の他端と出力端子（ＯＵＴ）との間に介在する第２カレントミラー回路（５０）と、を備える。第１カレントミラー回路（４０）は、出力端子（ＯＵＴ）に電流を流し込むように構成され、一方、第２カレントミラー回路（５０）は、当該出力端子（ＯＵＴ）から電流を引き込むように構成される。上記第１抵抗素子と第２抵抗素子の少なくとも１つは、電気的に抵抗値を変更可能であり且つ不揮発的に抵抗値を保持する可変抵抗素子である。 In the third aspect of the present invention, the current amplifier circuit includes an input terminal (IN) to which an input current (Iin) is input, an output terminal (OUT) from which an output current (Iout) is output, and an input terminal (IN). ), A second resistance element having one end connected to the input terminal (IN), and a second resistance element interposed between the other end of the first resistance element and the output terminal (OUT). 1 current mirror circuit (40), and the 2nd current mirror circuit (50) interposed between the other end of a 2nd resistive element, and an output terminal (OUT). The first current mirror circuit (40) is configured to flow current into the output terminal (OUT), while the second current mirror circuit (50) is configured to draw current from the output terminal (OUT). The At least one of the first resistance element and the second resistance element is a variable resistance element capable of electrically changing a resistance value and holding the resistance value in a nonvolatile manner.

本発明に係る電流増幅回路によれば、回路製造後であっても、電流増幅率を電気的に変化させることが可能である。また、本発明に係る電流増幅回路は、電源の切断後であっても、電流増幅率を不揮発的に保持することが可能である。電流増幅率を不揮発的に保持するために、不揮発性メモリ等の巨大な回路は不要であり、回路規模の増大が防止される。更に、磁気抵抗効果素子が用いられる場合、電流増幅動作を行いながら、電流増幅率を変更することも可能である。 According to the current amplifier circuit of the present invention, the current amplification factor can be electrically changed even after the circuit is manufactured. In addition, the current amplification circuit according to the present invention can hold the current amplification factor in a nonvolatile manner even after the power is turned off. In order to hold the current amplification factor in a nonvolatile manner, a huge circuit such as a nonvolatile memory is unnecessary, and an increase in circuit scale is prevented. Furthermore, when a magnetoresistive effect element is used, the current amplification factor can be changed while performing the current amplification operation.

１．第１の実施の形態
１−１．構成
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る電流増幅回路１の構成を示す回路図である。図１Ｂは、電流増幅回路１の記号を示している。電流増幅回路１は、入力電流Ｉｉｎを受け取り、その入力電流Ｉｉｎを可変の電流増幅率で増幅し、増幅後の電流を出力電流Ｉｏｕｔとして出力する。この電流増幅回路１は、入力電流Ｉｉｎが入力される入力端子ＩＮ、出力電流Ｉｏｕｔが出力される出力端子ＯＵＴ、第１抵抗素子１０、第２抵抗素子２０、第１カレントミラー回路４０、及び第２カレントミラー回路５０を備えている。 1. 1. First embodiment 1-1. Configuration FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifying circuit 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B shows a symbol of the current amplifier circuit 1. The current amplifier circuit 1 receives the input current Iin, amplifies the input current Iin with a variable current amplification factor, and outputs the amplified current as the output current Iout. The current amplifier circuit 1 includes an input terminal IN to which an input current Iin is input, an output terminal OUT to which an output current Iout is output, a first resistance element 10, a second resistance element 20, a first current mirror circuit 40, and a first current mirror circuit 40. Two current mirror circuits 50 are provided.

本実施の形態において、抵抗素子１０、２０は、磁気抵抗効果素子である。以下、第１抵抗素子１０は第１磁気抵抗効果素子１０と参照され、第２抵抗素子２０は第２磁気抵抗効果素子２０と参照される。 In the present embodiment, the resistance elements 10 and 20 are magnetoresistive elements. Hereinafter, the first resistance element 10 is referred to as the first magnetoresistance effect element 10, and the second resistance element 20 is referred to as the second magnetoresistance effect element 20.

磁気抵抗効果素子としては、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子が用いられる。図２は、磁気抵抗効果素子の特性を示している。縦軸は、磁気抵抗効果素子の抵抗値Ｒを示し、横軸は、書き換え電流ＩＷを示す。抵抗値Ｒは、高い値ＲＨと低い値ＲＬの２値を取り得る。その抵抗値Ｒは、書き換え電流ＩＷにより発生する外部磁場を印加することにより変更可能である。図２に示されるように、書き換え電流ＩＷの方向に応じて、抵抗値Ｒは、高抵抗値ＲＨまたは低抵抗値ＲＬとなる。書き換え電流ＩＷの供給が停止した後でも、抵抗値Ｒは不揮発的に保持される。書き換え電流ＩＷは、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられる書き換え配線を流れる。その書き換え配線は、磁気抵抗効果素子から電気的に絶縁されている。従って、磁気抵抗効果素子を貫通するように電流を流しながら、抵抗値Ｒを書き換えることが可能である。 A TMR element or a GMR element is used as the magnetoresistive effect element. FIG. 2 shows the characteristics of the magnetoresistive effect element. The vertical axis represents the resistance value R of the magnetoresistive effect element, and the horizontal axis represents the rewrite current IW. The resistance value R can take two values, a high value RH and a low value RL. The resistance value R can be changed by applying an external magnetic field generated by the rewrite current IW. As shown in FIG. 2, the resistance value R becomes a high resistance value RH or a low resistance value RL depending on the direction of the rewrite current IW. Even after the supply of the rewrite current IW is stopped, the resistance value R is held in a nonvolatile manner. The rewrite current IW flows through a rewrite wiring provided in the vicinity of the magnetoresistive effect element. The rewrite wiring is electrically insulated from the magnetoresistive element. Therefore, the resistance value R can be rewritten while a current is passed through the magnetoresistive effect element.

再度図１Ａを参照して、第１磁気抵抗効果素子１０は、２つの読み出し端子１１、１２を有している。一方の読み出し端子１１は、上記入力端子ＩＮに接続されており、他方の読み出し端子１２は、第１カレントミラー回路４０の入力に接続されている。電流は、２つの読み出し端子１１、１２の間を、第１磁気抵抗効果素子１０を貫通するように流れることができる。それら読み出し端子１１、１２間の抵抗値は、Ｒ１で与えられるとする。また、第１磁気抵抗効果素子１０の近傍には、書き換え電流ＩＷ１が流れる書き換え配線１３が設けられている。書き換え配線１３は、第１磁気抵抗効果素子１０から電気的に絶縁されている。書き換え配線１３の両端は書き換え端子１４、１５に接続されており、それら書き換え端子１４、１５を用いることにより書き換え電流ＩＷ１を双方向に流すことが可能である。その書き換え電流ＩＷ１の方向に応じて、第１磁気抵抗効果素子１０の抵抗値Ｒ１は、高抵抗値ＲＨあるいは低抵抗値ＲＬに変化する。 Referring to FIG. 1A again, the first magnetoresistive element 10 has two read terminals 11 and 12. One readout terminal 11 is connected to the input terminal IN, and the other readout terminal 12 is connected to the input of the first current mirror circuit 40. The current can flow between the two read terminals 11 and 12 so as to penetrate the first magnetoresistance effect element 10. It is assumed that the resistance value between the read terminals 11 and 12 is given by R1. A rewrite wiring 13 through which a rewrite current IW1 flows is provided in the vicinity of the first magnetoresistive element 10. The rewrite wiring 13 is electrically insulated from the first magnetoresistance effect element 10. Both ends of the rewrite wiring 13 are connected to rewrite terminals 14 and 15, and by using these rewrite terminals 14 and 15, the rewrite current IW 1 can flow in both directions. Depending on the direction of the rewrite current IW1, the resistance value R1 of the first magnetoresistance effect element 10 changes to the high resistance value RH or the low resistance value RL.

同様に、第２磁気抵抗効果素子２０は、２つの読み出し端子２１、２２を有している。一方の読み出し端子２１は、上記入力端子ＩＮに接続されており、他方の読み出し端子２２は、第２カレントミラー回路５０の入力に接続されている。電流は、２つの読み出し端子２１、２２の間を、第２磁気抵抗効果素子２０を貫通するように流れることができる。それら読み出し端子２１、２２間の抵抗値は、Ｒ２で与えられるとする。また、第２磁気抵抗効果素子２０の近傍には、書き換え電流ＩＷ２が流れる書き換え配線２３が設けられている。書き換え配線２３は、第２磁気抵抗効果素子２０から電気的に絶縁されている。書き換え配線２３の両端は書き換え端子２４、１５に接続されており、それら書き換え端子２４、１５を用いることにより書き換え電流ＩＷ２を双方向に流すことが可能である。その書き換え電流ＩＷ２の方向に応じて、第２磁気抵抗効果素子２０の抵抗値Ｒ２は、高抵抗値ＲＨあるいは低抵抗値ＲＬに変化する。 Similarly, the second magnetoresistive element 20 has two read terminals 21 and 22. One readout terminal 21 is connected to the input terminal IN, and the other readout terminal 22 is connected to the input of the second current mirror circuit 50. The current can flow between the two read terminals 21 and 22 so as to penetrate the second magnetoresistive element 20. It is assumed that the resistance value between the read terminals 21 and 22 is given by R2. A rewrite wiring 23 through which a rewrite current IW2 flows is provided in the vicinity of the second magnetoresistive effect element 20. The rewrite wiring 23 is electrically insulated from the second magnetoresistance effect element 20. Both ends of the rewrite wiring 23 are connected to the rewrite terminals 24 and 15, and by using these rewrite terminals 24 and 15, the rewrite current IW 2 can flow in both directions. Depending on the direction of the rewrite current IW2, the resistance value R2 of the second magnetoresistance effect element 20 changes to the high resistance value RH or the low resistance value RL.

図１Ａにおいて、書き換え配線１３と２３は、共通の書き換え端子１５に接続されている。その結果、図１Ｂに示されるように、電流増幅回路１は“５端子素子”となる。共通の書き換え端子１５を用いることにより、端子数が削減される。尚、書き換え配線１３、２３は、それぞれ異なる書き換え端子に接続されていてもよい。 In FIG. 1A, the rewrite wirings 13 and 23 are connected to a common rewrite terminal 15. As a result, as shown in FIG. 1B, the current amplifier circuit 1 becomes a “5-terminal element”. By using the common rewrite terminal 15, the number of terminals is reduced. Note that the rewrite wirings 13 and 23 may be connected to different rewrite terminals.

第１カレントミラー回路４０は、第１磁気抵抗効果素子１０の読み出し端子１２と出力端子ＯＵＴとの間に介在している。つまり、第１カレントミラー回路４０の入力は第１磁気抵抗効果素子１０に接続され、その出力は出力端子ＯＵＴに接続されている。この第１カレントミラー回路４０は、ＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２から構成されている。 The first current mirror circuit 40 is interposed between the read terminal 12 and the output terminal OUT of the first magnetoresistance effect element 10. That is, the input of the first current mirror circuit 40 is connected to the first magnetoresistive element 10 and the output thereof is connected to the output terminal OUT. The first current mirror circuit 40 includes NMOS transistors N1 and N2 and PMOS transistors P1 and P2.

ＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２のソース端子は電源ＶＮ（グランド電源あるいは負電圧電源）に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲート端子及びドレイン端子は、読み出し端子１２に共通に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ２のゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲート端子に接続され、そのドレイン端子はＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレイン端子に接続されている。これらＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２は、１つのカレントミラー回路を構成している。また、ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２のソース端子は電源ＶＰ（正電圧電源）に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲート端子及びドレイン端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮ２のドレイン端子に共通に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＰ２のゲート端子は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲート端子に接続され、そのドレイン端子は出力端子ＯＵＴに接続されている。これらＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２は、他のカレントミラー回路を構成している。 The source terminals of the NMOS transistors N1 and N2 are connected to a power supply VN (ground power supply or negative voltage power supply). The gate terminal and drain terminal of the NMOS transistor N1 are connected to the readout terminal 12 in common. The gate terminal of the NMOS transistor N2 is connected to the gate terminal of the NMOS transistor N1, and its drain terminal is connected to the drain terminal of the PMOS transistor P1. These NMOS transistors N1 and N2 constitute one current mirror circuit. The source terminals of the PMOS transistors P1 and P2 are connected to a power supply VP (positive voltage power supply). The gate terminal and the drain terminal of the PMOS transistor P1 are commonly connected to the drain terminal of the NMOS transistor N2. The gate terminal of the PMOS transistor P2 is connected to the gate terminal of the PMOS transistor P1, and its drain terminal is connected to the output terminal OUT. These PMOS transistors P1 and P2 constitute another current mirror circuit.

このように、第１カレントミラー回路４０は、偶数段（２段）のカレントミラー回路である。言い換えれば、第１カレントミラー回路４０は、出力端子ＯＵＴに対して電流を流し込む構成を有している。第１カレントミラー回路４０は、第１磁気抵抗効果素子１０を流れる電流に応じた電流を、出力端子ＯＵＴに流し込む。第１カレントミラー回路４０の電流増幅率（ミラー比）は、適用回路に合わせて適宜調整される。 Thus, the first current mirror circuit 40 is an even-numbered (two-stage) current mirror circuit. In other words, the first current mirror circuit 40 has a configuration in which a current is supplied to the output terminal OUT. The first current mirror circuit 40 flows a current corresponding to the current flowing through the first magnetoresistance effect element 10 into the output terminal OUT. The current amplification factor (mirror ratio) of the first current mirror circuit 40 is appropriately adjusted according to the application circuit.

第２カレントミラー回路５０は、第２磁気抵抗効果素子２０の読み出し端子２２と出力端子ＯＵＴとの間に介在している。つまり、第２カレントミラー回路５０の入力は第２磁気抵抗効果素子２０に接続され、その出力は出力端子ＯＵＴに接続されている。この第２カレントミラー回路５０は、ＮＭＯＳトランジスタＮ３、Ｎ４から構成されている。 The second current mirror circuit 50 is interposed between the read terminal 22 and the output terminal OUT of the second magnetoresistance effect element 20. That is, the input of the second current mirror circuit 50 is connected to the second magnetoresistive effect element 20, and the output thereof is connected to the output terminal OUT. The second current mirror circuit 50 includes NMOS transistors N3 and N4.

ＮＭＯＳトランジスタＮ３、Ｎ４のソース端子は電源ＶＮに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ３のゲート端子及びドレイン端子は、読み出し端子２２に共通に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ４のゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタＮ３のゲート端子に接続され、そのドレイン端子は出力端子ＯＵＴに接続されている。これらＮＭＯＳトランジスタＮ３、Ｎ４は、１つのカレントミラー回路を構成している。 The source terminals of the NMOS transistors N3 and N4 are connected to the power supply VN. The gate terminal and the drain terminal of the NMOS transistor N3 are connected to the readout terminal 22 in common. The gate terminal of the NMOS transistor N4 is connected to the gate terminal of the NMOS transistor N3, and its drain terminal is connected to the output terminal OUT. These NMOS transistors N3 and N4 constitute one current mirror circuit.

このように、第２カレントミラー回路５０は、奇数段（１段）のカレントミラー回路である。言い換えれば、第２カレントミラー回路５０は、出力端子ＯＵＴから電流を引き込む（吸い込む）構成を有している。第２カレントミラー回路５０は、第２磁気抵抗効果素子２０を流れる電流に応じた電流を、出力端子ＯＵＴから引き込む。第２カレントミラー回路５０の電流増幅率（ミラー比）は、適用回路に合わせて適宜調整される。 Thus, the second current mirror circuit 50 is an odd-numbered (one-stage) current mirror circuit. In other words, the second current mirror circuit 50 has a configuration that draws (sucks) current from the output terminal OUT. The second current mirror circuit 50 draws a current corresponding to the current flowing through the second magnetoresistance effect element 20 from the output terminal OUT. The current amplification factor (mirror ratio) of the second current mirror circuit 50 is appropriately adjusted according to the application circuit.

尚、カレントミラー回路４０、５０を構成するトランジスタは、ＭＯＳトランジスタに限られない。例えば、電流精度を向上させるために、バイポーラトランジスタ等の信号増幅機能を持つトランジスタが用いられてもよい。 The transistors constituting the current mirror circuits 40 and 50 are not limited to MOS transistors. For example, in order to improve current accuracy, a transistor having a signal amplification function such as a bipolar transistor may be used.

１−２．動作
まず、電流増幅動作は次の通りである。入力端子ＩＮに入力される入力電流Ｉｉｎは、２つの磁気抵抗効果素子１０、２０の抵抗値Ｒ１，Ｒ２に応じて分流される。抵抗値が低い方の磁気抵抗効果素子には、より多くの電流が流れる。抵抗値が同じ場合、２つの磁気抵抗効果素子１０、２０には同じ大きさの電流が流れる。第１磁気抵抗効果素子１０には電流Ｉ１０が流れ、第２磁気抵抗効果素子２０には電流Ｉ２０が流れるとする。このとき、次の式（１）、（２）が得られる。 1-2. Operation First, the current amplification operation is as follows. The input current Iin input to the input terminal IN is shunted according to the resistance values R1 and R2 of the two magnetoresistive elements 10 and 20. More current flows through the magnetoresistive element having the lower resistance value. When the resistance values are the same, the same current flows through the two magnetoresistive elements 10 and 20. It is assumed that a current I10 flows through the first magnetoresistance effect element 10 and a current I20 flows through the second magnetoresistance effect element 20. At this time, the following equations (1) and (2) are obtained.

式（１）：Ｉｉｎ＝Ｉ１０＋Ｉ２０
式（２）：Ｒ１×Ｉ１０＝Ｒ２×Ｉ２０ Formula (1): Iin = I10 + I20
Formula (2): R1 × I10 = R2 × I20

第１カレントミラー回路４０は、電流Ｉ１０に応じた電流を出力端子ＯＵＴに流し込む。一方、第２カレントミラー回路５０は、電流Ｉ２０に応じた電流を出力端子ＯＵＴから吸い込む。例えば、カレントミラー回路４０、５０の電流増幅率は、同じ値βに設計されているとする。このとき、第１カレントミラー回路４０は、出力端子ＯＵＴに電流Ｉ１０×βを流し込む。一方、第２カレントミラー回路５０は、出力端子ＯＵＴから電流Ｉ２０×βを吸い込む。これら２つの電流の差分が、出力電流Ｉｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから出力される。このとき、出力電流Ｉｏｕｔは、次の式（３）で与えられる。また、式（１）〜（３）から、次の式（４）が得られる。 The first current mirror circuit 40 flows a current corresponding to the current I10 into the output terminal OUT. On the other hand, the second current mirror circuit 50 sucks a current corresponding to the current I20 from the output terminal OUT. For example, it is assumed that the current amplification factors of the current mirror circuits 40 and 50 are designed to have the same value β. At this time, the first current mirror circuit 40 supplies a current I10 × β to the output terminal OUT. On the other hand, the second current mirror circuit 50 sucks the current I20 × β from the output terminal OUT. The difference between these two currents is output from the output terminal OUT as the output current Iout. At this time, the output current Iout is given by the following equation (3). Moreover, following Formula (4) is obtained from Formula (1)-(3).

式（３）：Ｉｏｕｔ＝β（Ｉ１０−Ｉ２０）
式（４）：Ｉｏｕｔ＝｛β（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｒ２＋Ｒ１）｝×Ｉｉｎ Formula (3): Iout = β (I10−I20)
Formula (4): Iout = {β (R2-R1) / (R2 + R1)} × Iin

電流増幅回路１の電流増幅率は、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝β（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｒ２＋Ｒ１）で与えられる。Ｒ１＜Ｒ２の場合、すなわち、Ｒ１＝ＲＬ、Ｒ２＝ＲＨの場合、電流増幅率は正になる。Ｒ１＝Ｒ２の場合、電流増幅率はゼロになる。Ｒ１＞Ｒ２の場合、すなわち、Ｒ１＝ＲＨ、Ｒ２＝ＲＬの場合、電流増幅率は負になる。このように、電流増幅率は、磁気抵抗効果素子１０、２０の抵抗値Ｒ１、Ｒ２に応じて、“正”、“ゼロ”、“負”の３状態を取り得る。 The current amplification factor of the current amplifier circuit 1 is given by Iout / Iin = β (R2−R1) / (R2 + R1). When R1 <R2, that is, when R1 = RL and R2 = RH, the current amplification factor is positive. When R1 = R2, the current amplification factor is zero. When R1> R2, that is, when R1 = RH and R2 = RL, the current amplification factor is negative. Thus, the current amplification factor can take three states of “positive”, “zero”, and “negative” according to the resistance values R1 and R2 of the magnetoresistive effect elements 10 and 20.

磁気抵抗効果素子１０、２０の抵抗変化率（ＭＲ比）αは、（ＲＨ−ＲＬ）／ＲＬである。このＭＲ比αを用いることにより、次の式（５）が得られる。 The resistance change rate (MR ratio) α of the magnetoresistive elements 10 and 20 is (RH−RL) / RL. By using this MR ratio α, the following equation (5) is obtained.

式（５）：
Ｉｏｕｔ＝０：Ｒ１＝Ｒ２の場合
Ｉｏｕｔ＝＋α／（２＋α）・β・Ｉｉｎ：Ｒ１＝ＲＬ、Ｒ２＝ＲＨの場合
Ｉｏｕｔ＝−α／（２＋α）・β・Ｉｉｎ：Ｒ１＝ＲＨ、Ｒ２＝ＲＬの場合 Formula (5):
Iout = 0: When R1 = R2 Iout = + α / (2 + α) · β · Iin: When R1 = RL, R2 = RH Iout = −α / (2 + α) · β · Iin: R1 = RH, R2 = RL in the case of

図３は、電流増幅回路１の入力電流−出力電流特性を示している。横軸は入力電流Ｉｉｎを示し、縦軸は出力電流Ｉｏｕｔを示している。カレントミラー回路４０、５０の電流増幅率βは１．０であるとする。図３に示されるように、抵抗値Ｒ１とＲ２が等しい場合、出力電流Ｉｏｕｔは流れない（以下、状態“Ｚ”と参照される）。抵抗値Ｒ１とＲ２が異なる場合、それら抵抗値Ｒ１とＲ２の大小関係により、電流増幅率の正負、すなわち、出力電流Ｉｏｕｔの方向が変わる。Ｒ１＝ＲＬ、Ｒ２＝ＲＨの場合、電流増幅率は正となる（以下、状態“Ｐ”と参照される）。Ｒ１＝ＲＨ、Ｒ２＝ＲＬの場合、電流増幅率は負となる（以下、状態“Ｎ”と参照される）。 FIG. 3 shows the input current-output current characteristics of the current amplifier circuit 1. The horizontal axis indicates the input current Iin, and the vertical axis indicates the output current Iout. The current amplification factor β of the current mirror circuits 40 and 50 is assumed to be 1.0. As shown in FIG. 3, when the resistance values R1 and R2 are equal, the output current Iout does not flow (hereinafter referred to as a state “Z”). When the resistance values R1 and R2 are different, the magnitude of the resistance values R1 and R2 changes the polarity of the current amplification factor, that is, the direction of the output current Iout. When R1 = RL and R2 = RH, the current amplification factor is positive (hereinafter referred to as state “P”). When R1 = RH and R2 = RL, the current amplification factor is negative (hereinafter referred to as state “N”).

尚、図３に示されるように、入力電流Ｉｉｎが０〜２０μＡの範囲で、入力電流Ｉｉｎにほぼ比例した出力電流Ｉｏｕｔが得られている。つまり、入力電流Ｉｉｎが０〜２０μＡの範囲で、上記式（４）、（５）で与えられる関係が得られている。しかしながら、入力電流Ｉｉｎが大きくなりすぎると（〜２０μＡ以上）、入出力特性の線形性が失われる。これは、磁気抵抗効果素子の特性に起因している。 As shown in FIG. 3, an output current Iout substantially proportional to the input current Iin is obtained when the input current Iin is in the range of 0 to 20 μA. That is, the relationship given by the above equations (4) and (5) is obtained when the input current Iin is in the range of 0 to 20 μA. However, if the input current Iin becomes too large (˜20 μA or more), the linearity of the input / output characteristics is lost. This is due to the characteristics of the magnetoresistive effect element.

想定される入力電流Ｉｉｎの範囲で線形性が保たれるように、磁気抵抗効果素子の特性を調整することが必要である。本例では、読み出し端子に流れる電流が１０μＡの時の低抵抗値ＲＬが約３０ｋΩ、高抵抗値ＲＨが約３６ｋΩとなるように、磁気抵抗効果素子の特性が調整されている。その調整が困難な場合には、入力端子ＩＮの前段にカレントミラー回路を設けてもよい。その場合、カレントミラー回路で調整された入力電流Ｉｉｎが入力端子ＩＮに入力される。そのカレントミラー回路の電流増幅率を調整することにより、上述の線形性を保つことが可能となる。 It is necessary to adjust the characteristics of the magnetoresistive element so that the linearity is maintained within the range of the assumed input current Iin. In this example, the characteristics of the magnetoresistive element are adjusted so that the low resistance value RL is about 30 kΩ and the high resistance value RH is about 36 kΩ when the current flowing through the read terminal is 10 μA. If the adjustment is difficult, a current mirror circuit may be provided before the input terminal IN. In that case, the input current Iin adjusted by the current mirror circuit is input to the input terminal IN. By adjusting the current amplification factor of the current mirror circuit, the above-described linearity can be maintained.

電流増幅回路１の電流増幅率を変更するための動作は次の通りである。電流増幅率を変更するためには、外部磁場を印加することによって、抵抗値Ｒ１，Ｒ２を所望の値に設定すればよい。そのために、書き換え配線１３、２３の少なくとも一方に書き換え電流が流される。書き換え電流ＩＷ１の方向は、抵抗値Ｒ１が所望の値に変わるように設定される。書き換え電流ＩＷ２の方向は、抵抗値Ｒ２が所望の値に変わるように設定される。書き換え配線１３、２３は、磁気抵抗効果素子１０、２０から電気的に絶縁されている。従って、入力電流Ｉｉｎを供給しながら、書き換え電流ＩＷ１、ＩＷ２も供給することが可能である。すなわち、電流増幅動作と電流増幅率の変更を同時に行うことができる。 The operation for changing the current amplification factor of the current amplifier circuit 1 is as follows. In order to change the current amplification factor, the resistance values R1 and R2 may be set to desired values by applying an external magnetic field. Therefore, a rewriting current is passed through at least one of the rewriting wirings 13 and 23. The direction of the rewrite current IW1 is set so that the resistance value R1 changes to a desired value. The direction of the rewrite current IW2 is set so that the resistance value R2 changes to a desired value. The rewrite wirings 13 and 23 are electrically insulated from the magnetoresistive effect elements 10 and 20. Accordingly, it is possible to supply the rewrite currents IW1 and IW2 while supplying the input current Iin. That is, the current amplification operation and the current amplification factor can be changed at the same time.

１−３．効果
以上に説明されたように、磁気抵抗効果素子１０、２０の抵抗値Ｒ１、Ｒ２を電気的に制御することによって、電流増幅回路１の電流増幅率を可変に設定することが可能となる。また、磁気抵抗効果素子１０、２０は抵抗値Ｒ１、Ｒ２を不揮発的に保持する。従って、電流増幅回路１の電流増幅率も不揮発的に保持される。電流増幅率を不揮発的に保持するために、追加的な不揮発性メモリや制御回路は不要である。その結果、集積回路の規模の増大が防止される。 1-3. Effect As described above, it is possible to variably set the current amplification factor of the current amplification circuit 1 by electrically controlling the resistance values R1 and R2 of the magnetoresistive effect elements 10 and 20. The magnetoresistive elements 10 and 20 hold the resistance values R1 and R2 in a nonvolatile manner. Accordingly, the current amplification factor of the current amplifier circuit 1 is also held in a nonvolatile manner. In order to hold the current amplification factor in a nonvolatile manner, no additional nonvolatile memory or control circuit is required. As a result, an increase in the scale of the integrated circuit is prevented.

更に、磁気抵抗効果素子１０、２０が用いられる場合、その抵抗値Ｒ１、Ｒ２を外部磁場の印加により変化させることが可能である。その外部磁場は、入力電流Ｉｉｎとは別の電流経路を流れる書き換え電流ＩＷ１、ＩＷ２により生成される。このことは、入力電流Ｉｉｎを入力したまま、磁気抵抗効果素子１０、２０の抵抗値Ｒ１、Ｒ２を変化させることができることを意味する。言い換えれば、電流増幅回路１の動作を停止することなく、電流増幅動作と増幅率変更を並行して行うことができる。 Furthermore, when the magnetoresistive elements 10 and 20 are used, the resistance values R1 and R2 can be changed by applying an external magnetic field. The external magnetic field is generated by rewrite currents IW1 and IW2 that flow in a current path different from the input current Iin. This means that the resistance values R1 and R2 of the magnetoresistive elements 10 and 20 can be changed while the input current Iin is input. In other words, the current amplification operation and the amplification factor change can be performed in parallel without stopping the operation of the current amplification circuit 1.

本発明の活用例として、アナログ演算回路、ニューロチップ、などが挙げられる。集積回路に複数の電流増幅回路１が搭載される場合、その集積回路を動作させたままで、複数の電流増幅回路１のそれぞれの電流増幅率を一括して変更することが可能である。 Examples of utilization of the present invention include analog arithmetic circuits and neurochips. When a plurality of current amplification circuits 1 are mounted on an integrated circuit, the current amplification factors of the plurality of current amplification circuits 1 can be collectively changed while the integrated circuit is operated.

２．第２の実施の形態
第１の実施の形態では、２つ抵抗素子１０、２０の両方に磁気抵抗効果素子が用いられた。第２の実施の形態では、一方の抵抗素子が磁気抵抗効果素子であり、他方の抵抗素子が固定抵抗である。図４Ａは、第２の実施の形態に係る電流増幅回路１’の構成を示す回路図である。図４Ｂは、電流増幅回路１’の記号を示している。第１の実施の形態と同じ構成には同じ符号が付され、重複する説明は適宜省略される。 2. Second Embodiment In the first embodiment, magnetoresistance effect elements are used for both of the two resistance elements 10 and 20. In the second embodiment, one resistance element is a magnetoresistive effect element, and the other resistance element is a fixed resistance. FIG. 4A is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifying circuit 1 ′ according to the second embodiment. FIG. 4B shows a symbol of the current amplifier circuit 1 ′. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted as appropriate.

図４Ａで示された電流増幅回路１’において、上述の第２磁気抵抗効果素子２０が、固定抵抗３０で置換されている。固定抵抗３０は、ＬＳＩで用いられる通常の抵抗と同様であり、ポリシリコン、拡散層などで形成される。固定抵抗３０は、２つの読み出し端子３１、３２を有している。一方の読み出し端子３１は、上記入力端子ＩＮに接続されており、他方の読み出し端子３２は、第２カレントミラー回路５０の入力に接続されている。それら読み出し端子３１、３２間の抵抗値は、Ｒ３で与えられるとする。固定抵抗３０の抵抗値Ｒ３は固定であり、書き換え配線２３や書き換え電流供給端子２４は不要である。従って、図４Ｂに示されるように、電流増幅回路１’は“４端子素子”となる。 In the current amplifier circuit 1 ′ shown in FIG. 4A, the above-described second magnetoresistive element 20 is replaced with a fixed resistor 30. The fixed resistor 30 is the same as a normal resistor used in LSI, and is formed of polysilicon, a diffusion layer, or the like. The fixed resistor 30 has two read terminals 31 and 32. One readout terminal 31 is connected to the input terminal IN, and the other readout terminal 32 is connected to the input of the second current mirror circuit 50. It is assumed that the resistance value between the read terminals 31 and 32 is given by R3. The resistance value R3 of the fixed resistor 30 is fixed, and the rewrite wiring 23 and the rewrite current supply terminal 24 are unnecessary. Therefore, as shown in FIG. 4B, the current amplifier circuit 1 'is a "four-terminal element".

既出の式（４）と同様に、本実施の形態における出力電流Ｉｏｕｔは、次の式（６）で与えられる。 Similar to the above equation (4), the output current Iout in the present embodiment is given by the following equation (6).

式（６）：Ｉｏｕｔ＝｛β（Ｒ３−Ｒ１）／（Ｒ３＋Ｒ１）｝×Ｉｉｎ Formula (6): Iout = {β (R3−R1) / (R3 + R1)} × Iin

磁気抵抗効果素子１０の抵抗値Ｒ１は、ＲＨあるいはＲＬとなる。固定抵抗３０の抵抗値Ｒ３は、例えば、ＲＨとＲＬの間の値に設定される。Ｒ１＝ＲＬ＜Ｒ３の場合、電流増幅率は正になる（状態“Ｐ”）。一方、Ｒ１＝ＲＨ＞Ｒ３のとき、電流増幅率は負になる（状態“Ｎ”）。電流増幅率がゼロとなることはない。状態“Ｚ”が得られないこと以外、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。 The resistance value R1 of the magnetoresistive effect element 10 is RH or RL. The resistance value R3 of the fixed resistor 30 is set to a value between RH and RL, for example. When R1 = RL <R3, the current amplification factor becomes positive (state “P”). On the other hand, when R1 = RH> R3, the current amplification factor becomes negative (state “N”). The current amplification factor never becomes zero. The same effects as those of the first embodiment are obtained except that the state “Z” cannot be obtained.

３．第３の実施の形態
３−１．構成
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電流増幅回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電流増幅回路は、入力電流Ｉｉｎが入力される入力端子ＩＮ、出力電流Ｉｏｕｔが出力される出力端子ＯＵＴ、複数の電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３、及びカレントミラー回路６０を備えている。 3. Third embodiment 3-1. Configuration FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifier circuit according to a third embodiment of the present invention. The current amplification circuit according to the present embodiment includes an input terminal IN to which an input current Iin is input, an output terminal OUT to which an output current Iout is output, a plurality of current amplification units CA1 to CA3, and a current mirror circuit 60. Yes.

電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の各々は、第１の実施の形態で示された電流増幅回路１あるいは第２の実施の形態で示された電流増幅回路１’と同じ構成を有する。例えば、各電流増幅ユニットＣＡは、第１の実施の形態で示された電流増幅回路１と同じ構成を有する。 Each of the current amplifying units CA1 to CA3 has the same configuration as the current amplifying circuit 1 shown in the first embodiment or the current amplifying circuit 1 'shown in the second embodiment. For example, each current amplification unit CA has the same configuration as that of the current amplification circuit 1 shown in the first embodiment.

図５において、電流増幅ユニットＣＡ１は、入力端子ＩＮａ、書き換え端子１４ａ、２４ａ、１５、及び出力端子ＯＵＴを有している。電流増幅ユニットＣＡ２は、入力端子ＩＮｂ、書き換え端子１４ｂ、２４ｂ、１５、及び出力端子ＯＵＴを有している。電流増幅ユニットＣＡ３は、入力端子ＩＮｃ、書き換え端子１４ｃ、２４ｃ、１５、及び出力端子ＯＵＴを有している。電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の出力端子ＯＵＴは共通である。また、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の書き換え端子１５も共通である。一方、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の入力端子ＩＮａ、ＩＮｂ、ＩＮｃはそれぞれ独立である。 In FIG. 5, the current amplification unit CA1 has an input terminal INa, rewrite terminals 14a, 24a, 15 and an output terminal OUT. The current amplification unit CA2 has an input terminal INb, rewrite terminals 14b, 24b, 15 and an output terminal OUT. The current amplifying unit CA3 has an input terminal INc, rewrite terminals 14c, 24c, 15 and an output terminal OUT. The output terminals OUT of the current amplification units CA1 to CA3 are common. The rewrite terminals 15 of the current amplification units CA1 to CA3 are also common. On the other hand, the input terminals INa, INb, INc of the current amplification units CA1 to CA3 are independent of each other.

入力端子ＩＮａ、ＩＮｂ、ＩＮｃのそれぞれには、入力電流Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２、Ｉｉｎ３が入力される。そのために、電源増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の前段に、カレントミラー回路６０が設けられている。つまり、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３と入力端子ＩＮとの間に、カレントミラー回路６０が設けられている。カレントミラー回路６０は、入力端子ＩＮから入力電流Ｉｉｎを受け取り、その入力電流Ｉｉｎに応じた電流Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２、Ｉｉｎ３を電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３のそれぞれに出力する。 Input currents Iin1, Iin2, and Iin3 are input to the input terminals INa, INb, and INc, respectively. For this purpose, a current mirror circuit 60 is provided in front of the power supply amplification units CA1 to CA3. That is, the current mirror circuit 60 is provided between the current amplification units CA1 to CA3 and the input terminal IN. The current mirror circuit 60 receives the input current Iin from the input terminal IN, and outputs currents Iin1, Iin2, and Iin3 corresponding to the input current Iin to each of the current amplification units CA1 to CA3.

より詳細には、カレントミラー回路６０は、ＮＭＯＳトランジスタＮ１１、Ｎ１２、ＰＭＯＳトランジスタＰ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３から構成されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ１１とＮ１２は、１つのカレントミラー回路を構成している。そのカレントミラー回路の入力は入力端子ＩＮに接続され、その出力はＰＭＯＳトランジスタＰ１０〜Ｐ１３に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＰ１０とＰ１１は、１つのカレントミラー回路を構成し、電流増幅ユニットＣＡ１に入力電流Ｉｉｎ１を出力する。ＰＭＯＳトランジスタＰ１０とＰ１２は、１つのカレントミラー回路を構成し、電流増幅ユニットＣＡ２に入力電流Ｉｉｎ２を出力する。ＰＭＯＳトランジスタＰ１０とＰ１３は、１つのカレントミラー回路を構成し、電流増幅ユニットＣＡ３に入力電流Ｉｉｎ３を出力する。 More specifically, the current mirror circuit 60 includes NMOS transistors N11 and N12 and PMOS transistors P10, P11, P12, and P13. The NMOS transistors N11 and N12 constitute one current mirror circuit. The input of the current mirror circuit is connected to the input terminal IN, and the output is connected to the PMOS transistors P10 to P13. The PMOS transistors P10 and P11 constitute one current mirror circuit, and output the input current Iin1 to the current amplification unit CA1. The PMOS transistors P10 and P12 constitute one current mirror circuit, and output the input current Iin2 to the current amplification unit CA2. The PMOS transistors P10 and P13 constitute one current mirror circuit and outputs the input current Iin3 to the current amplification unit CA3.

３−２．動作
入力端子ＩＮを通してカレントミラー回路６０に入力電流Ｉｉｎが入力される。カレントミラー回路６０は、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３のそれぞれに入力電流Ｉｉｎ１〜Ｉｉｎ３を供給する。電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の各々の動作は、既出の実施の形態と同じである。電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３のそれぞれの出力電流の合計が、出力電流Ｉｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから出力される。 3-2. Operation The input current Iin is input to the current mirror circuit 60 through the input terminal IN. The current mirror circuit 60 supplies input currents Iin1 to Iin3 to the current amplification units CA1 to CA3, respectively. The operation of each of the current amplification units CA1 to CA3 is the same as that of the above-described embodiment. The total output current of each of the current amplification units CA1 to CA3 is output from the output terminal OUT as the output current Iout.

図６は、本実施の形態に係る電流増幅回路の入力電流−出力電流特性を示している。横軸は入力電流Ｉｉｎを示し、縦軸は出力電流Ｉｏｕｔを示している。回路全体の電流増幅率は、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の電流増幅率の和となる。電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の各々は、状態“Ｐ”、状態“Ｚ”、状態“Ｎ”のいずれかとなる。従って、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の状態の組み合わせに応じて、全体としての電流増幅率は様々に変化する。３つの電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３が用いられる場合、電流増幅率の設定数は７である。一般化すると、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡＮが用いられる場合、電流増幅率の設定数は２Ｎ＋１となる。 FIG. 6 shows the input current-output current characteristics of the current amplifier circuit according to this embodiment. The horizontal axis indicates the input current Iin, and the vertical axis indicates the output current Iout. The current amplification factor of the entire circuit is the sum of the current amplification factors of the current amplification units CA1 to CA3. Each of the current amplification units CA1 to CA3 is in any of the state “P”, the state “Z”, and the state “N”. Therefore, the current amplification factor as a whole varies depending on the combination of the states of the current amplification units CA1 to CA3. When three current amplification units CA1 to CA3 are used, the set number of current amplification factors is seven. In general, when N current amplification units CA1 to CAN (N is an integer of 1 or more) are used, the set number of current amplification factors is 2N + 1.

図５中のカレントミラー回路６０において、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１〜Ｐ１３のサイズや特性は全て同じであるとする。そのとき、入力電流Ｉｉｎ１〜Ｉｉｎ３は同じになる。また、電流増幅ユニットＣＡ１〜ＣＡ３の特性も全て同じであるとする。この場合、設定可能な電流増幅率間の幅は、図６で示されたように等しくなる。但し、電流増幅率の設定は、図６に示されたものに限られない。ＰＭＯＳトランジスタＰ１１〜Ｐ１３及び電流増幅回路ＣＡ１〜ＣＡ３のレイアウトや特性を変えることによって、電流増幅率の設定数や幅を調整することができる。 In the current mirror circuit 60 in FIG. 5, it is assumed that the PMOS transistors P11 to P13 have the same size and characteristics. At that time, the input currents Iin1 to Iin3 are the same. Also, it is assumed that the characteristics of the current amplification units CA1 to CA3 are all the same. In this case, the width between the settable current amplification factors becomes equal as shown in FIG. However, the setting of the current amplification factor is not limited to that shown in FIG. By changing the layout and characteristics of the PMOS transistors P11 to P13 and the current amplification circuits CA1 to CA3, the number and width of the current amplification factors can be adjusted.

３−３．効果
本実施の形態によれば、既出の実施の形態と同様の効果が得られる。更に、電流増幅率の設定数が増加する。 3-3. Effect According to the present embodiment, an effect similar to that of the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, the set number of current amplification factors increases.

４．その他の例
既出の実施の形態において、磁気抵抗効果素子以外の抵抗素子を用いることもできる。利用可能な素子は、電気的に抵抗値を変更可能であり、且つ、不揮発的にその抵抗値を保持する可変抵抗素子（抵抗変化素子）である。例えば、抵抗メモリ（ＲｅＲＡＭ：Resistive RAM）で利用される抵抗変化素子が用いられる。その抵抗変化素子は、絶縁体または半導体の遷移金属酸化物を挟む金属電極を有する。１００ｎｓ程度の電圧パルスを印加すると、その抵抗変化素子の抵抗が数桁変化する（抵抗スイッチング効果）。また、固体電解質中での金属イオンの析出・溶解反応を利用したナノブリッジが用いられてもよい。あるいは、相変化メモリ（Phase Change Memory）で利用され、熱によってアモルファス相（高抵抗）と結晶相（低抵抗）を切り替えることができる抵抗変化素子が用いられてもよい。 4). Other Examples In the above-described embodiments, a resistance element other than the magnetoresistive effect element can be used. An available element is a variable resistance element (resistance change element) that can electrically change the resistance value and holds the resistance value in a nonvolatile manner. For example, a resistance change element used in a resistance memory (ReRAM) is used. The variable resistance element has a metal electrode that sandwiches an insulator or a semiconductor transition metal oxide. When a voltage pulse of about 100 ns is applied, the resistance of the variable resistance element changes by several digits (resistance switching effect). Further, a nanobridge using a precipitation / dissolution reaction of metal ions in a solid electrolyte may be used. Alternatively, a resistance change element that is used in a phase change memory and can switch between an amorphous phase (high resistance) and a crystalline phase (low resistance) by heat may be used.

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る電流増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention. 図１Ｂは、第１の実施の形態に係る電流増幅回路の記号を示す図である。FIG. 1B is a diagram illustrating symbols of the current amplifier circuit according to the first embodiment. 図２は、磁気抵抗効果素子の特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the magnetoresistive effect element. 図３は、第１の実施の形態に係る電流増幅回路の入力電流−出力電流特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the input current-output current characteristics of the current amplifier circuit according to the first embodiment. 図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る電流増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 4A is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifier circuit according to the second embodiment of the present invention. 図４Ｂは、第２の実施の形態に係る電流増幅回路の記号を示す図である。FIG. 4B is a diagram illustrating symbols of the current amplifier circuit according to the second embodiment. 図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電流増幅回路の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a current amplifier circuit according to the third embodiment of the present invention. 図６は、第３の実施の形態に係る電流増幅回路の入力電流−出力電流特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the input current-output current characteristics of the current amplifier circuit according to the third embodiment.

Explanation of symbols

１，１’ 電流増幅回路
１０第１磁気抵抗効果素子
１１、１２読み出し端子
１３書き換え配線
１４、１５書き換え端子
２０第２磁気抵抗効果素子
２１、２２読み出し端子
２３書き換え配線
２４書き換え端子
３０固定抵抗
３１、３２読み出し端子
４０第１カレントミラー回路
５０第２カレントミラー回路
６０カレントミラー回路
ＩＮ入力端子
ＯＵＴ出力端子
Ｉｉｎ入力電流
Ｉｏｕｔ出力電流
ＩＷ１書き換え電流
ＩＷ２書き換え電流
ＣＡ電流増幅ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1 'Current amplifier circuit 10 1st magnetoresistive effect element 11,12 Read-out terminal 13 Rewrite wiring 14,15 Rewrite terminal 20 2nd magnetoresistive effect element 21,22 Read-out terminal 23 Rewrite-line 24 Rewrite terminal 30 Fixed resistance 32 Reading terminal 40 First current mirror circuit 50 Second current mirror circuit 60 Current mirror circuit IN input terminal OUT output terminal Iin input current Iout output current IW1 rewriting current IW2 rewriting current CA current amplification unit

Claims

An input terminal for input current;
An output terminal for outputting an output current;
A rewrite terminal to which a rewrite current is supplied from the outside;
A first resistance element having one end connected to the input terminal;
A second resistance element having one end connected to the input terminal;
A first current mirror circuit interposed between the other end of the first resistance element and the output terminal, and for passing a current to the output terminal;
A second current mirror circuit interposed between the other end of the second resistance element and the output terminal and drawing current from the output terminal;
The input current input to the input terminal flows through the first current flowing through the first resistance element and the second resistance element according to respective resistance values of the first resistance element and the second resistance element. Shunted to the second current,
Oh Ri at least one magneto-resistive element and said first resistive element and the second resistive element,
A current amplifying circuit in which a resistance value of the magnetoresistive effect element is variable according to a direction of the rewrite current supplied to the rewrite terminal .

The current amplifier circuit according to claim 1,
The current amplification circuit, wherein both the first resistance element and the second resistance element are magnetoresistive elements.

The current amplifier circuit according to claim 1,
One of the first resistance element and the second resistance element is a magnetoresistive effect element, and the other is a fixed resistance.

The current amplifier circuit according to any one of claims 1 to 3 ,
Further comprising a rewriting wiring the rewrite current flows,
The rewrite wiring is electrically insulated from the magnetoresistive effect element.

The current amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4 ,
The first current mirror circuit is an even-numbered stage current mirror circuit;
The second current mirror circuit is an odd-stage current mirror circuit.

A plurality of current amplification units each receiving an input current;
An output terminal provided in common for the plurality of current amplification units,
Each of the plurality of current amplification units includes:
An input terminal to which the input current is input;
A rewrite terminal to which a rewrite current is supplied from the outside;
A first resistance element having one end connected to the input terminal;
A second resistance element having one end connected to the input terminal;
A first current mirror circuit interposed between the other end of the first resistance element and the output terminal, and for passing a current to the output terminal;
A second current mirror circuit interposed between the other end of the second resistance element and the output terminal and drawing current from the output terminal;
The input current input to the input terminal flows through the first current flowing through the first resistance element and the second resistance element according to respective resistance values of the first resistance element and the second resistance element. Shunted to the second current,
Oh Ri at least one magneto-resistive element and said first resistive element and the second resistive element,
A current amplifying circuit in which a resistance value of the magnetoresistive effect element is variable according to a direction of the rewrite current supplied to the rewrite terminal .

The current amplification circuit according to claim 6 ,
Furthermore, a current mirror circuit provided in the previous stage of the plurality of current amplification units,
The current mirror circuit receives a predetermined current and outputs the input current corresponding to the predetermined current to each of the plurality of current amplification units.

An input terminal for input current;
An output terminal for outputting an output current;
A rewrite terminal to which a rewrite current is supplied from the outside;
A first resistance element having one end connected to the input terminal;
A second resistance element having one end connected to the input terminal;
A first current mirror circuit interposed between the other end of the first resistance element and the output terminal, and for passing a current to the output terminal;
A second current mirror circuit interposed between the other end of the second resistance element and the output terminal and drawing current from the output terminal;
The input current input to the input terminal flows through the first current flowing through the first resistance element and the second resistance element according to respective resistance values of the first resistance element and the second resistance element. Shunted to the second current,
Wherein the at least one first resistor element and said second resistive element attack, but Ah in the variable resistance element that holds it can change the electrical resistance value and a non-volatile manner the resistance value,
A current amplifying circuit in which a resistance value of the variable resistance element is variable by the rewrite current supplied to the rewrite terminal .