JP6413005B2 - 半導体装置及び電子システム - Google Patents
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- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
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Description
図1は、実施の形態1に係る電流生成回路10を示す回路図である。電流生成回路10は、温度上昇に伴って電流値が大きくなる電流経路(即ち、PTAT(proportional to absolute temperature)電流生成ループ)上に、オペアンプに代えてゲート接地回路を備える。それにより、電流生成回路10は、PTAT電流生成ループ上にオペアンプを設ける必要が無くなるため、正の温度依存性を有する出力電流を精度良く生成することができる。以下、具体的に説明する。
図2は、電流分配回路11の詳細を示す回路図である。
図2を参照すると、電流分配回路11は、Pチャネル型のMOSトランジスタMP21,MP22,MP23,MP24と、バイアス源14と、を有する。
図3は、電流分配回路11の変形例を電流分配回路11aとして示す回路図である。
図3を参照すると、電流分配回路11aは、Pチャネル型のMOSトランジスタMP21,MP22と、抵抗素子R21,R22と、を有する。
図4は、オペアンプA1の詳細を示す回路図である。オペアンプA2はオペアンプA1と同じ構成であるため、ここでは、オペアンプA1のみについて説明する。
図7に示すように、電流生成回路10aは、電流生成回路10と比較して、PNP型のバイポーラトランジスタQ1,Q2に代えてNPN型のバイポーラトランジスタQ1a,Q2aを備える。なお、電流生成回路10aは、NPN型のバイポーラトランジスタQ1a,Q2aを備えているため、トリプルウェルプロセスにて構成される必要がある。電流生成回路10aのその他の構成については、電流生成回路10と同様であるため、その説明を省略する。
図8は、実施の形態2に係るバンドギャップリファレンス回路1を示す回路図である。なお、バンドギャップリファレンス回路1には、電流生成回路10が適用されている。
図9を参照すると、短チャネル効果によりMOSトランジスタM1のソース−ドレイン間に形成される電流経路の抵抗成分がro1と表され、同じく、短チャネル効果によりMOSM2のソース−ドレイン間に形成される電流経路の抵抗成分がro2と表されている。
図10に示すように、バンドギャップリファレンス回路50は、電流分配回路51と、オペアンプA52と、バイポーラトランジスタQ51〜Q53と、抵抗素子R51,R52と、を備える。電流分配回路51、オペアンプA52、バイポーラトランジスタQ51〜Q53、抵抗素子R51,R52、及び、ノードN51,N52は、それぞれ、電流分配回路11、オペアンプA2、バイポーラトランジスタQ1〜Q3、抵抗素子R1,R2、及び、ノードN1,N2に対応する。ここで、オペアンプA52は、ノードN51,N52の電位差に応じた制御電圧V52を生成する。バンドギャップリファレンス回路50のその他の構成については、バンドギャップリファレンス回路1と同様であるため、その説明を省略する。
図12に示すように、バンドギャップリファレンス回路1aは、バンドギャップリファレンス回路1と比較して、PNP型のバイポーラトランジスタQ1〜Q3に代えてNPN型のバイポーラトランジスタQ1a〜Q3aを備える。なお、バンドギャップリファレンス回路1aは、NPN型のバイポーラトランジスタQ1a〜Q3aを備えているため、トリプルウェルプロセスにて構成される必要がある。バンドギャップリファレンス回路1aのその他の構成については、バンドギャップリファレンス回路1と同様であるため、その説明を省略する。
図13は、実施の形態3に係るバンドギャップリファレンス回路1bを示す回路図である。なお、バンドギャップリファレンス回路1bには、電流生成回路10が適用されている。
図14は、実施の形態4に係るバンドギャップリファレンス回路1cを示す回路図である。なお、バンドギャップリファレンス回路1cには、電流生成回路10が適用されている。
図15は、バンドギャップリファレンス回路1cの第1具体例を示す回路図である。
図15に示すバンドギャップリファレンス回路1cでは、可変抵抗VR1として可変抵抗VR1aが設けられている。
図16は、バンドギャップリファレンス回路1cの第2具体例を示す回路図である。
図16に示すバンドギャップリファレンス回路1cでは、可変抵抗VR1として可変抵抗VR1bが設けられている。
図17は、実施の形態5に係るバンドギャップリファレンス回路1dを示す回路図である。なお、バンドギャップリファレンス回路1dには、電流生成回路10が適用されている。
図19は、実施の形態6に係る電流生成回路10bを示す回路図である。電流生成回路10bは、電流生成回路10と比較して、エンハンスメント型のMOSトランジスタM1,M2に代えて、ディプレション型のMOSトランジスタM1a,M2aを備える。電流生成回路10bのその他の構成については、電流生成回路10と同様であるため、その説明を省略する。
図20は、電流生成回路10bが適用されたバンドギャップリファレンス回路1eを示す回路図である。
図21は、実施の形態7に係る電流生成回路10cを示す回路図である。電流生成回路10cは、電流生成回路10と比較して、バイポーラトランジスタQ1,Q2のそれぞれのコレクタ−エミッタ間に抵抗素子(補助抵抗素子)R11,R12をさらに備える。電流生成回路10cのその他の構成については、電流生成回路10と同様であるため、その説明を省略する。
図22は、電流生成回路10cが適用されたバンドギャップリファレンス回路1fを示す回路図である。
図23は、実施の形態8に係る電流生成回路10dを示す回路図である。
図23に示すように、電流生成回路10dは、電流分配回路11と、Nチャネル型のMOSトランジスタM1,M2と、PNP型のバイポーラトランジスタQ1,Q2と、抵抗素子R1と、オペアンプA3と、を備える。
図24は、電流生成回路10dが適用されたバンドギャップリファレンス回路1gを示す回路図である。
図25は、実施の形態9に係る基準電圧&基準電流生成回路2を示す図である。以下では、基準電圧&基準電流生成回路2に、バンドギャップリファレンス回路1cが適用された場合を例に説明するが、当然ながら、上記した他のバンドギャップリファレンス回路が適用されてもよい。
図26は、内部基準電流生成回路16の詳細を示す回路図である。
図27は、基準電圧&基準電流生成部19の詳細を示す回路図である。
図28は、基準電圧&基準電流生成回路2が搭載された半導体装置3、を備えた電子システム4を示す図である。
特許文献1及び特許文献2に開示された構成は、何れも、オペアンプのオフセット電圧の影響を低減するための追加の回路が必要になる。そのため、回路規模が増大したり、コストが増大したりしてしまう。
1a〜1g バンドギャップリファレンス回路
2 基準電圧&基準電流生成回路
3 半導体装置
4 電子システム
5 外付け部品
6 外部LDOレギュレータ
7 センサ部
8 LDOレギュレータ
9 ディジタル部
10 電流生成回路
10a〜10d 電流生成回路
11 電流分配回路
11a 電流分配回路
12 基準バイアス源
13 定電流源
14 バイアス源
15 電流分配回路
16 内部基準電流生成回路
17 バイアス電圧発生回路
18 スタートアップ回路
19 基準電圧&基準電流生成部
20 起動検知回路
21 スタートアップ回路
A1〜A3 オペアンプ
A40 オペアンプ
C1 容量素子
INP 非反転入力端子
INN 反転入力端子
M1〜M4 MOSトランジスタ
M1a,M2a MOSトランジスタ
MN11〜MN15 MOSトランジスタ
MN31,MN32 MOSトランジスタ
MP11〜MP13 MOSトランジスタ
MP21〜MP24 MOSトランジスタ
MP31〜MP33 MOSトランジスタ
MP40 MOSトランジスタ
MP41〜MP4n MOSトランジスタ
N1〜N3 ノード
N31,N32 ノード
N41,N42 ノード
OUT 出力端子
OUTA 出力端子
Q1〜Q3 バイポーラトランジスタ
Q1a〜Q3a バイポーラトランジスタ
R1〜R4 抵抗素子
R11,R12 抵抗素子
R31 抵抗素子
R40 抵抗素子
SW,SW1,SW2 スイッチ
ro1,ro2 抵抗成分
VR1,VR1a,VR1b 可変抵抗
Claims (5)
- 基準電圧及び基準電流の少なくとも何れかを生成する基準電圧電流生成回路と、
前記基準電圧及び前記基準電流の少なくとも何れかに応じた内部電源電圧を生成する内部LDOレギュレータと、
前記内部電源電圧によって駆動され、外部から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換するセンサ部と、
前記内部電源電圧によって駆動され、前記センサ部から受け取った前記ディジタル信号に対して所定の処理を実行し、処理結果を出力するディジタル部と、
を備え、
前記基準電圧電流生成回路は、
バンドギャップリファレンス回路と、
前記バンドギャップリファレンス回路から出力された電圧に基づいて前記基準電圧及び前記基準電流の少なくとも何れかを生成する基準電圧電流生成部と、
を備え、
前記バンドギャップリファレンス回路は、
第2抵抗素子と、
ベース及びコレクタ間が接続された第1バイポーラトランジスタと、
ベース及びコレクタ間が接続された第2バイポーラトランジスタと、
前記第1及び前記第2バイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタ及びエミッタ間に、第1制御電圧に応じた第1電流及び当該第1電流に比例する第2電流を流すとともに、前記第2抵抗素子に対し前記第1及び前記第2電流に比例する第3電流をさらに流す、第1電流分配回路と、
前記第1バイポーラトランジスタと前記第1電流分配回路との間に設けられ、ゲートに第2制御電圧が供給される第1NMOSトランジスタと、
前記第2バイポーラトランジスタと前記第1電流分配回路との間に設けられ、ゲートに前記第2制御電圧が供給される第2NMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタと前記第2バイポーラトランジスタとの間に設けられた第1抵抗素子と、
前記第1NMOSトランジスタのドレイン電圧と基準バイアス電圧とに応じた前記第2制御電圧を生成する第1オペアンプと、
前記第2NMOSトランジスタのドレイン電圧と前記基準バイアス電圧とに応じた前記第1制御電圧を生成する第2オペアンプと、
第3抵抗素子と、
前記第3抵抗素子に対し第4電流を流すとともに、前記第3電流の流れる前記第2抵抗素子に対し前記第4電流に比例する第5電流をさらに流す、第2電流分配回路と、
前記第3抵抗素子と前記第2電流分配回路との間に設けられ、ゲートに前記第2制御電圧が供給される第3NMOSトランジスタと、を備え、
前記第2抵抗素子の抵抗値及び前記第2抵抗素子に流れる電流の値に応じた前記電圧を出力する、半導体装置。 - 前記第1及び前記第2バイポーラトランジスタは、何れもPNP型バイポーラトランジスタである、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1及び前記第2NMOSトランジスタは、何れもディプレション型又はネイティブ型のMOSトランジスタである、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記バンドギャップリファレンス回路は、
前記第1バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間に設けられた第1補助抵抗素子と、
前記第2バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間に設けられた第2補助抵抗素子と、をさらに備えた、請求項1に記載の半導体装置。 - 半導体装置と、
外部LDOレギュレータと、
外部コンデンサと、
を備え、
前記半導体装置は、
前記外部LDOレギュレータからの電源電圧によって駆動され、基準電圧及び基準電流の少なくとも何れかを生成する基準電圧電流生成回路と、
前記外部LDOレギュレータからの電源電圧によって駆動され、前記基準電圧及び前記基準電流の少なくとも何れかに応じた内部電源電圧を生成する内部LDOレギュレータと、
前記外部LDOレギュレータからの電源電圧、及び、前記外部コンデンサによってノイズが除去された前記内部電源電圧、によって駆動され、外部から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換するセンサ部と、
前記内部電源電圧によって駆動され、前記センサ部から受け取った前記ディジタル信号に対して所定の処理を実行し、処理結果を出力するディジタル部と、
を備え、
前記基準電圧電流生成回路は、
バンドギャップリファレンス回路と、
前記バンドギャップリファレンス回路から出力された電圧に基づいて前記基準電圧及び前記基準電流の少なくとも何れかを生成する基準電圧電流生成部と、
を備え、
前記バンドギャップリファレンス回路は、
第2抵抗素子と、
ベース及びコレクタ間が接続された第1バイポーラトランジスタと、
ベース及びコレクタ間が接続された第2バイポーラトランジスタと、
前記第1及び前記第2バイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタ及びエミッタ間に、第1制御電圧に応じた第1電流及び当該第1電流に比例する第2電流を流すとともに、前記第2抵抗素子に対し前記第1及び前記第2電流に比例する第3電流をさらに流す、第1電流分配回路と、
前記第1バイポーラトランジスタと前記第1電流分配回路との間に設けられ、ゲートに第2制御電圧が供給される第1NMOSトランジスタと、
前記第2バイポーラトランジスタと前記第1電流分配回路との間に設けられ、ゲートに前記第2制御電圧が供給される第2NMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタと前記第2バイポーラトランジスタとの間に設けられた第1抵抗素子と、
前記第1NMOSトランジスタのドレイン電圧と基準バイアス電圧とに応じた前記第2制御電圧を生成する第1オペアンプと、
前記第2NMOSトランジスタのドレイン電圧と前記基準バイアス電圧とに応じた前記第1制御電圧を生成する第2オペアンプと、
第3抵抗素子と、
前記第3抵抗素子に対し第4電流を流すとともに、前記第3電流の流れる前記第2抵抗素子に対し前記第4電流に比例する第5電流をさらに流す、第2電流分配回路と、
前記第3抵抗素子と前記第2電流分配回路との間に設けられ、ゲートに前記第2制御電圧が供給される第3NMOSトランジスタと、を備え、
前記第2抵抗素子の抵抗値及び前記第2抵抗素子に流れる電流の値に応じた前記電圧を出力する、電子システム。
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