JP6758029B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本発明は、出力回路に関する。 The present invention relates to an output circuit.

半導体装置の出力に、オープンコレクタ形式がしばしば用いられる。オープンコレクタ形式の出力回路は、コレクタが出力回路の出力端子と接続されているバイポーラトランジスタを含む。バイポーラトランジスタがオフのとき出力端子はハイインピーダンスとなり、バイポーラトランジスタがオンすると、出力端子の電圧がプルダウンされる。 The open collector format is often used for the output of semiconductor devices. An open collector type output circuit includes a bipolar transistor in which the collector is connected to the output terminal of the output circuit. When the bipolar transistor is off, the output terminal has high impedance, and when the bipolar transistor is on, the voltage of the output terminal is pulled down.

図1は、本発明者が検討した出力回路130rの回路図である。出力回路130rはある半導体集積回路100rの出力段に設けられる。出力回路130rは、出力トランジスタQ31および抵抗R31を備える。出力トランジスタQ31のエミッタは接地され、コレクタは出力(OUT)端子と接続される。またOUT端子には図示しない負荷が接続される。抵抗R31は、出力トランジスタQ31のベースエミッタ間に設けられる。 FIG. 1 is a circuit diagram of an output circuit 130r examined by the present inventor. The output circuit 130r is provided in the output stage of a certain semiconductor integrated circuit 100r. The output circuit 130r includes an output transistor Q31 and a resistor R31. The emitter of the output transistor Q31 is grounded and the collector is connected to the output (OUT) terminal. A load (not shown) is connected to the OUT terminal. The resistor R31 is provided between the base and emitter of the output transistor Q31.

トランジスタQ32および電流源CS31は、増幅段120である。トランジスタQ32のエミッタは接地され、コレクタには電流源CS31および出力トランジスタQ31のベースが接続される。電流源CS31は定電流I31を生成する。トランジスタQ32のベースには制御信号S1が入力される。制御信号S1はたとえば電流信号IB32であり得る。制御信号S1に応じて出力トランジスタQ31のコレクタ電流IC31が変化し、その結果、OUT端子の電気的状態SOUTが変化する。電気的状態SOUTは、コレクタ電流IC31、出力回路130rの出力インピーダンス、あるいはOUT端子の電圧として把握しうる。 The transistor Q32 and the current source CS31 are amplification stages 120. The emitter of the transistor Q32 is grounded, and the current source CS31 and the base of the output transistor Q31 are connected to the collector. The current source CS 31 produces a constant current I 31 . The control signal S1 is input to the base of the transistor Q32. The control signal S1 can be, for example, the current signal IB32 . Collector current I C31 of the output transistor Q31 changes according to the control signal S1, as a result, the electrical state S OUT of the OUT terminal changes. Electrical state S OUT, the collector current I C31, the output impedance of the output circuit 130r or be grasped as the voltage of the OUT terminal.

実開平H4−19827号公報Jikkenhei H4-19287

図2は、出力トランジスタQ31のコレクタ電流IC31の温度依存性を示す図である。電流源CS31が生成するバイアス電流I31が一定であるとき、出力トランジスタQ31の電流増幅率(hFE)に応じてコレクタ電流IC31が定まる。出力トランジスタQ31にあるコレクタ電流IC31が流れると、それにより出力トランジスタQ31自体の温度が上昇する。そうすると電流増幅率hFEが増加し、コレクタ電流IC31をさらに増加させる。 Figure 2 is a diagram showing the temperature dependence of the collector current I C31 of the output transistor Q31. When the bias current I 31 of the current source CS31 is generated is constant, the collector current I C31 is determined in accordance with the current amplification factor of the output transistor Q31 (h FE). Flows collector current I C31 in the output transistor Q31, whereby the temperature of the output transistor Q31 itself is increased. Then, the current amplification factor h FE increases, and the collector current IC 31 is further increased.

図1の出力回路130rでは電流増幅率hFEの温度依存性によってコレクタ電流IC31に正の帰還がかかる。このとき、OUT端子に接続される負荷インピーダンスが低く、コレクタ電流IC31に何の制限もかからないとすれば、出力トランジスタQ31が過熱状態となり、その信頼性が低下する虞がある。 Positive feedback is applied to the collector current I C31 by the temperature dependence of the output circuit 130r in the current amplification factor h FE of FIG. At this time, if the load impedance connected to the OUT terminal is low and the collector current IC 31 is not limited, the output transistor Q31 may be overheated and its reliability may be lowered.

この問題を解決するためには、温度上昇にともなって出力回路130への入力電流IINを減少させればよく、たとえば電流源CS31が生成するバイアス電流I31を温度上昇に応じて減少させるアプローチが考えられる。しかしながらバイアス電流I31に意図的な温度勾配を持たせると、半導体集積回路100r自体の温度特性を悪化させる場合もあり、用途によってはこのアプローチを採用しえない場合もある。 In order to solve this problem, the input current I IN to the output circuit 130 may be reduced as the temperature rises. For example, an approach of reducing the bias current I 31 generated by the current source CS 31 as the temperature rises. Can be considered. However, if the bias current I 31 has an intentional temperature gradient, the temperature characteristics of the semiconductor integrated circuit 100r itself may be deteriorated, and this approach may not be adopted depending on the application.

そのほか特許文献1の第2の実施例には、抵抗R31に相当する抵抗器をサーミスタで構成する技術が開示される。これにより高温状態において出力トランジスタQ31のベース電流IB31の一部を別経路(サーミスタ)に逃がすことにより、コレクタ電流IC31の増加を抑制する。 In addition, in the second embodiment of Patent Document 1, a technique of forming a resistor corresponding to the resistor R31 with a thermistor is disclosed. Thus by releasing the part of the base current I B31 of the output transistor Q31 in a different path (thermistor) in the high temperature state, inhibits the increase in the collector current I C31.

特許文献1の第3の実施例では、第2の実施例に加えてさらに出力トランジスタQ31のベースエミッタ間にトランジスタを追加し、追加したトランジスタによって、サーミスタに流れる電流を増幅している。これにより高温状態において出力トランジスタQ31のベース電流IB31の一部を別経路(追加したトランジスタ)に逃がすことにより、コレクタ電流IC31の増加を抑制する。 In the third embodiment of Patent Document 1, in addition to the second embodiment, a transistor is further added between the base and emitter of the output transistor Q31, and the added transistor amplifies the current flowing through the thermistor. Thus by releasing the part of the base current I B31 of the output transistor Q31 in a high temperature state to another path (the added transistors), it suppresses the increase in the collector current I C31.

特許文献1の技術では、温度検出のためのサーミスタが本質的に必要であるが、一般にサーミスタは高価であるため、回路のコストが高くなり、またサーミスタはチップ部品として提供されるため、半導体チップへの集積化が困難となる。 In the technique of Patent Document 1, a thermistor for temperature detection is essentially required, but in general, the thermistor is expensive, so that the circuit cost is high, and the thermistor is provided as a chip component, so that the semiconductor chip It becomes difficult to integrate into.

本発明のある態様はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、高温時のコレクタ電流の増加を抑制した出力回路の提供にある。 A certain aspect of the present invention has been made in view of such a problem, and one of its exemplary purposes is to provide an output circuit that suppresses an increase in collector current at high temperatures.

本発明のある態様は、オープンコレクタ形式の出力回路に関する。出力回路は、出力端子と、エミッタが接地、コレクタが出力端子と接続されるNPN型バイポーラトランジスタである第1トランジスタと、コレクタおよびベースが、第1トランジスタのベースと接続されるNPN型バイポーラトランジスタである第2トランジスタと、第2トランジスタのエミッタと接地の間に設けられる第1抵抗と、を備える。 One aspect of the present invention relates to an open collector type output circuit. The output circuit consists of an output terminal, a first transistor which is an NPN type bipolar transistor whose emitter is grounded and a collector is connected to the output terminal, and an NPN type bipolar transistor whose collector and base are connected to the base of the first transistor. It includes a second transistor and a first resistor provided between the emitter and ground of the second transistor.

第2トランジスタは、そのコレクタ電流により第1トランジスタのベース電流の一部を別経路に引き抜くよう配置され、また第2トランジスタは、それ自身の温度特性により温度が上昇するほどそのコレクタ電流が増大するようにバイアスされている。したがって高温状態において、第1トランジスタのベース電流の一部を別経路に逃がすことにより、第1トランジスタのコレクタ電流の増加を抑制できる。 The second transistor is arranged so as to draw a part of the base current of the first transistor to another path by its collector current, and the collector current of the second transistor increases as the temperature rises due to its own temperature characteristics. Is biased. Therefore, in a high temperature state, an increase in the collector current of the first transistor can be suppressed by letting a part of the base current of the first transistor escape to another path.

第2トランジスタおよび第1抵抗は、第1トランジスタと同一半導体基板上において、第1トランジスタと隣接した領域に配置されてもよい。
これにより第1トランジスタの温度変化に対する感度を高めることができる。
The second transistor and the first resistor may be arranged in a region adjacent to the first transistor on the same semiconductor substrate as the first transistor.
As a result, the sensitivity of the first transistor to changes in temperature can be increased.

ある態様の出力回路は、第1トランジスタのベースと接地の間に設けられる第2抵抗をさらに備えてもよい。 The output circuit of some embodiment may further include a second resistor provided between the base of the first transistor and ground.

本発明のさらに別の態様も、オープンコレクタ形式の出力回路に関する。この出力回路は、出力端子と、エミッタが接地、コレクタが出力端子と接続されるNPN型バイポーラトランジスタである第3トランジスタと、コレクタが第3トランジスタのベースと接続され、エミッタが接地される第4トランジスタと、エミッタが接地され、コレクタが第4トランジスタのベースと接続される第5トランジスタと、一端が第5トランジスタのコレクタと接続され、他端が第5トランジスタのベースと接続される第3抵抗と、第3抵抗の他端と接続される電流源と、を備える。 Yet another aspect of the present invention relates to an open collector type output circuit. In this output circuit, the output terminal, the third transistor which is an NPN type bipolar transistor in which the emitter is connected to the ground and the collector is connected to the output terminal, and the fourth transistor in which the collector is connected to the base of the third transistor and the emitter is grounded. The transistor, the fifth transistor whose emitter is grounded and the collector is connected to the base of the fourth transistor, and the third resistor whose one end is connected to the collector of the fifth transistor and the other end is connected to the base of the fifth transistor. And a current source connected to the other end of the third resistor.

第4トランジスタは、そのコレクタ電流により第3トランジスタのベース電流の一部を別経路に引き抜くよう配置される。そして、第4トランジスタのベースには、電流源が生成する電流から、第5トランジスタのコレクタ電流およびベース電流の合計を減じた電流が流れる。第5トランジスタの温度特性により、高温状態においてそのベース電流およびコレクタ電流は減少し、第4トランジスタのベース電流が増加する。つまり第4トランジスタのコレクタ電流は増大するため、第3トランジスタのベース電流は減少する。かくして第3トランジスタのコレクタ電流の増加を抑制できる。 The fourth transistor is arranged so as to draw a part of the base current of the third transistor to another path by its collector current. Then, a current obtained by subtracting the sum of the collector current and the base current of the fifth transistor from the current generated by the current source flows through the base of the fourth transistor. Due to the temperature characteristics of the fifth transistor, its base current and collector current decrease and the base current of the fourth transistor increases in a high temperature state. That is, since the collector current of the fourth transistor increases, the base current of the third transistor decreases. Thus, an increase in the collector current of the third transistor can be suppressed.

第4トランジスタ、第5トランジスタおよび第3抵抗は、第3トランジスタと同一半導体基板上において、第3トランジスタと隣接した領域に配置されてもよい。
これにより第3トランジスタの温度変化に対する感度を高めることができる。
The fourth transistor, the fifth transistor, and the third resistor may be arranged in a region adjacent to the third transistor on the same semiconductor substrate as the third transistor.
As a result, the sensitivity of the third transistor to changes in temperature can be increased.

ある態様の出力回路は、第3トランジスタのベースと接地の間に設けられる第4抵抗をさらに備えてもよい。 The output circuit of some embodiments may further include a fourth resistor provided between the base of the third transistor and ground.

ある態様において出力回路はひとつの半導体基板に集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
In some embodiments, the output circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.
"Integrated integration" includes cases where all the components of a circuit are formed on a semiconductor substrate or cases where the main components of a circuit are integrated integrally, and some of them are used for adjusting circuit constants. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit element can be kept uniform.

本発明の別の態様は、半導体装置である。この装置は、半導体装置であって、出力端子と、差動入力段と、差動入力段の出力信号を増幅する増幅段と、増幅段の出力信号に応じて出力端子の電気的状態を変化させるオープンコレクタ形式の出力段と、を備える。出力段は、上述のいずれかの出力回路を含む。 Another aspect of the present invention is a semiconductor device. This device is a semiconductor device, and changes the electrical state of the output terminal, the differential input stage, the amplification stage that amplifies the output signal of the differential input stage, and the output terminal according to the output signal of the amplification stage. It is equipped with an open collector type output stage. The output stage includes any of the output circuits described above.

ある態様において半導体装置はひとつの半導体基板に集積化されてもよい。 In some embodiments, the semiconductor device may be integrated on a single semiconductor substrate.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or the components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば、オープンコレクタ形式の出力回路において、高温時のコレクタ電流の増加を抑制できる。 According to an aspect of the present invention, in an open collector type output circuit, an increase in collector current at a high temperature can be suppressed.

本発明者が検討した出力回路の回路図である。It is a circuit diagram of the output circuit examined by this inventor. 出力トランジスタのコレクタ電流の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the collector current of an output transistor. 第1の実施の形態に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図4(a)〜(c)は、図3の出力回路のシミュレーション結果を示す図である。4 (a) to 4 (c) are diagrams showing simulation results of the output circuit of FIG. 第2の実施の形態に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device. 図6の半導体装置のレイアウト図である。It is a layout diagram of the semiconductor device of FIG.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In the present specification, "a state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. It also includes the case of being indirectly connected via other members that do not affect the state.
Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and also electrically. It also includes the case of being indirectly connected via another member that does not affect the connection state.

(第1の実施の形態)
図3は、第1の実施の形態に係る半導体装置200Aの回路図である。半導体装置200Aはその出力段に、出力回路130Aを備える。出力回路130Aは、OUT端子、第1トランジスタQ1、温度補償回路132A、第2抵抗R2を備え、ひとつの半導体基板に集積化されている。
(First Embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor device 200A according to the first embodiment. The semiconductor device 200A includes an output circuit 130A at its output stage. The output circuit 130A includes an OUT terminal, a first transistor Q1, a temperature compensation circuit 132A, and a second resistor R2, and is integrated on one semiconductor substrate.

第1トランジスタQ1は、エミッタが接地、コレクタがOUT端子と接続されるNPN型バイポーラトランジスタである。温度補償回路132Aは第1トランジスタQ1のベースと接続され、温度が高いほど大きな補償電流Iをシンクする。温度補償回路132Aは、第2トランジスタQ2、第1抵抗R1を含む。 The first transistor Q1 is an NPN type bipolar transistor in which the emitter is grounded and the collector is connected to the OUT terminal. Temperature compensation circuit 132A is connected to the base of the first transistor Q1, for sinking large compensation current I T higher temperatures. The temperature compensation circuit 132A includes a second transistor Q2 and a first resistor R1.

第2トランジスタQ2は、コレクタおよびベースが第1トランジスタQ1のベースと接続されるNPN型バイポーラトランジスタである。第1抵抗R1は、第2トランジスタQ2のエミッタと接地の間に設けられる。第2抵抗R2は、第1トランジスタQ1のベースと接地の間に設けられる。 The second transistor Q2 is an NPN type bipolar transistor whose collector and base are connected to the base of the first transistor Q1. The first resistor R1 is provided between the emitter of the second transistor Q2 and the ground. The second resistor R2 is provided between the base of the first transistor Q1 and the ground.

第2トランジスタQ2および第1抵抗R1は、第1トランジスタQ1と同一半導体基板上において、第1トランジスタQ1と隣接した領域に配置することが望ましい。 It is desirable that the second transistor Q2 and the first resistor R1 are arranged in a region adjacent to the first transistor Q1 on the same semiconductor substrate as the first transistor Q1.

以上が半導体装置200Aの構成である。続いてその動作を説明する。図4(a)〜(c)は、図3の出力回路130Aのシミュレーション結果を示す図である。図4(a)には入力電流IIN、補償電流Iが、図4(b)には入力電流IIN、第1トランジスタQ1のベース電流IB1が、図4(c)には、(i)図3の第1トランジスタQ1のコレクタ電流IC1および(ii)図1のトランジスタQ31のコレクタ電流IC31が示される。 The above is the configuration of the semiconductor device 200A. Next, the operation will be described. 4 (a) to 4 (c) are diagrams showing the simulation results of the output circuit 130A of FIG. FIGS. 4 (a) to the input current I IN, the compensation current I T is the input current I IN in FIG. 4 (b), the base current I B1 of the first transistor Q1 is, in FIG. 4 (c), ( i) the collector currents I C1 and (ii) the collector current I C31 of the transistor Q31 in FIG. 1 of the first transistor Q1 in FIG. 3 is shown.

入力電流IINは常温(30℃)付近で温度変動が小さくなるように設計される。第2トランジスタQ2のベースエミッタ間電圧VBEは、負の温度特性を有する。第1抵抗R1の電圧VR1は、第1トランジスタQ1のベース電圧VB1を用いて、式(1)で表され、第1抵抗R1に流れる電流IR1は、式(2)で表される。
R1=VB1−VBE …(1)
R1=VR1/R1=(VB1−VBE)/R1 …(2)
The input current I IN is designed so that the temperature fluctuation becomes small near room temperature (30 ° C.). Base-emitter voltage V BE of the second transistor Q2 has a negative temperature characteristic. The voltage V R1 of the first resistor R1 is represented by the equation (1) using the base voltage V B1 of the first transistor Q1, and the current IR1 flowing through the first resistor R1 is represented by the equation (2). ..
VR1 = V B1- V BE ... (1)
I R1 = V R1 / R1 = (V B1- V BE ) / R1 ... (2)

ここでVB1を一定と仮定すれば、電流IR1は正の温度特性を有する。電流IR1は第2トランジスタQ2のコレクタ電流IC2およびベース電流IB2の合計であり、補償電流Iに相当する。つまり第2トランジスタQ2は、温度が高いほどより多くの補償電流Iを接地に流し、第1トランジスタQ1のベース電流IB1(=IIN−I)を減少させる。これによりコレクタ電流IC1の増加を抑制し、信頼性を高めることができる。 Assuming that V B1 is constant here, the current IR1 has a positive temperature characteristic. Current I R1 is the sum of the collector current I C2, and the base current I B2 of the second transistor Q2, which corresponds to the compensation current I T. That is, the second transistor Q2 passes a number of compensation current I T than higher the temperature in the ground, to reduce the base current I B1 of the first transistor Q1 (= I IN -I T) . As a result, an increase in the collector current IC1 can be suppressed and reliability can be improved.

また出力回路130Aによれば、サーミスタが不要となるため、コスト、回路面積を削減できる。 Further, according to the output circuit 130A, since the thermistor is unnecessary, the cost and the circuit area can be reduced.

加えて図3の出力回路130Aによれば以下の効果が得られる。非発熱状態においても、第1トランジスタQ1のベースエミッタ間電圧VBEが増大すると、第2トランジスタQ2のベースエミッタ間電圧VBEも増大するため、第2トランジスタQ2のコレクタ電流IC2が増加し、これが第1トランジスタQ1のベース電流IB1を減少させるように作用する。これにより非発熱状態においても、コレクタ電流IC1の増大を抑制することができる。 In addition, according to the output circuit 130A of FIG. 3, the following effects can be obtained. Even in non-heat generating state, the base-emitter voltage V BE of the first transistor Q1 increases, the base-emitter voltage V BE of the second transistor Q2 is also increased, the collector current I C2 of the second transistor Q2 is increased, This acts to reduce the base current I B1 of the first transistor Q1. Thus even in a non-heat generating state, it is possible to suppress the increase of the collector current I C1.

(第2の実施の形態)
図5は、第2の実施の形態に係る半導体装置200Bの回路図である。半導体装置200Bはその出力段に、出力回路130Bを備える。出力回路130Bは、OUT端子、第3トランジスタQ3、温度補償回路132B、第4抵抗R4を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram of the semiconductor device 200B according to the second embodiment. The semiconductor device 200B includes an output circuit 130B at its output stage. The output circuit 130B includes an OUT terminal, a third transistor Q3, a temperature compensation circuit 132B, and a fourth resistor R4, and is integrated on one semiconductor substrate.

第3トランジスタQ3は、エミッタが接地、コレクタがOUT端子と接続されるNPN型バイポーラトランジスタである。温度補償回路132Bは第3トランジスタQ3のベースと接続され、温度が高いほど大きな補償電流Iをシンクする。温度補償回路132Bは、第4トランジスタQ4、第5トランジスタQ5、第3抵抗R3、電流源CSを備える。 The third transistor Q3 is an NPN type bipolar transistor in which the emitter is grounded and the collector is connected to the OUT terminal. Temperature compensation circuit 132B is connected to the base of the third transistors Q3, sinking large compensation current I T higher temperatures. The temperature compensation circuit 132B includes a fourth transistor Q4, a fifth transistor Q5, a third resistor R3, and a current source CS.

第4トランジスタQ4は、コレクタが第3トランジスタQ3のベースと接続され、エミッタが接地される。第5トランジスタQ5は、エミッタが接地され、コレクタが第4トランジスタQ4のベースと接続される。第3抵抗R3は、一端が第5トランジスタQ5のコレクタと接続され、他端が第5トランジスタQ5のベースと接続される。電流源CSは、第3抵抗R3の他端と接続され、定電流Iを供給する。好ましくは第4トランジスタQ4、第5トランジスタQ5および第3抵抗R3は、第3トランジスタQ3と同一半導体基板上において、第3トランジスタQ3と隣接した領域に配置される。第4抵抗R4は、第3トランジスタQ3のベースと接地の間に設けられる。第4トランジスタQ4のコレクタ電流IC4は、補償電流Iに相当する。 In the fourth transistor Q4, the collector is connected to the base of the third transistor Q3, and the emitter is grounded. The emitter of the fifth transistor Q5 is grounded, and the collector is connected to the base of the fourth transistor Q4. One end of the third resistor R3 is connected to the collector of the fifth transistor Q5, and the other end is connected to the base of the fifth transistor Q5. The current source CS is connected to the other end of the third resistor R3 and supplies a constant current I 1 . Preferably, the fourth transistor Q4, the fifth transistor Q5, and the third resistor R3 are arranged in a region adjacent to the third transistor Q3 on the same semiconductor substrate as the third transistor Q3. The fourth resistor R4 is provided between the base of the third transistor Q3 and the ground. The collector current I C4 of the fourth transistor Q4 corresponds to the compensation current I T.

以上が半導体装置200Bの構成である。続いてその動作を説明する。 The above is the configuration of the semiconductor device 200B. Next, the operation will be described.

第4トランジスタQ4は、そのコレクタ電流IC4により第3トランジスタQ3のベース電流IB3の一部を別経路に引き抜くよう配置される。そして、第4トランジスタQ4のベースには、電流源CS1が生成する電流Iから、第5トランジスタQ5のコレクタ電流IC5およびベース電流IB5の合計を減じた電流が流れる。 The fourth transistor Q4 is arranged to pull in another path a part of base current I B3 of the third transistor Q3 by the collector current I C4. Then, the base of the fourth transistors Q4, the current I 1 current source CS1 is generated, a current obtained by subtracting the sum of the collector current I C5 and a base current I B5 of the fifth transistor Q5 flows.

第5トランジスタQ5の温度特性により、高温状態において、ベース電流IB5およびコレクタ電流IB6は減少し、第4トランジスタQ4のベース電流IB4が増加する。つまり第4トランジスタQ4のコレクタ電流IC4は増大するため、第3トランジスタQ3のベース電流IB3は減少する。かくして高温時の第3トランジスタQ3のコレクタ電流IC3の増加を抑制できる。 The temperature characteristics of the fifth transistors Q5, in a high temperature state, the base current I B5 and the collector current I B6 decreases, the base current I B4 of the fourth transistor Q4 increases. That since the collector current I C4 of the fourth transistor Q4 increases, the base current I B3 of the third transistor Q3 decreases. Thus possible to suppress the increase of the collector current I C3 of the third transistor Q3 at a high temperature.

また出力回路130Bによれば、サーミスタが不要となるため、コスト、回路面積を削減できる。 Further, according to the output circuit 130B, since the thermistor is unnecessary, the cost and the circuit area can be reduced.

(用途)
続いて、第1あるいは第2の実施の形態に係る半導体装置(200と総称する)の用途を説明する。図6は、半導体装置200の回路図である。半導体装置200は、汎用コンパレータ回路である。半導体装置200は、差動入力段110、増幅段120、出力回路130を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。
(Use)
Subsequently, the use of the semiconductor device (collectively referred to as 200) according to the first or second embodiment will be described. FIG. 6 is a circuit diagram of the semiconductor device 200. The semiconductor device 200 is a general-purpose comparator circuit. The semiconductor device 200 includes a differential input stage 110, an amplification stage 120, and an output circuit 130, and is integrated on one semiconductor substrate.

差動入力端子INP/INNには、外部からの入力信号V/Vが入力される。電源端子VCCには電源電圧VCCが、接地端子GNDには接地電圧VSSが供給される。差動入力段110はINP/INNの入力信号を受ける。増幅段120は、差動入力段110の出力信号を増幅する。半導体装置200の出力段には、出力回路130A、もしくは130B(以下130と総称する)が設けられる。出力回路130は、増幅段120の出力信号IINに応じて、OUT端子の電気的状態を変化させる。差動入力段110、増幅段120の構成は特に限定されず、公知の様々な回路を採用することができる。 The differential input terminals INP / INN, the input signal V P / V N from the outside is inputted. To the power supply terminal VCC supply voltage V CC is, the ground terminal GND is supplied with the ground voltage V SS. The differential input stage 110 receives an INP / INN input signal. The amplification stage 120 amplifies the output signal of the differential input stage 110. An output circuit 130A or 130B (hereinafter collectively referred to as 130) is provided in the output stage of the semiconductor device 200. The output circuit 130 changes the electrical state of the OUT terminal according to the output signal I IN of the amplification stage 120. The configuration of the differential input stage 110 and the amplification stage 120 is not particularly limited, and various known circuits can be adopted.

<Vのとき、差動入力段110の出力電流Iは実質的にゼロであり、出力回路130への入力電流IINもゼロとなる。したがって第1トランジスタQ1はターンオフであり、OUT端子はハイインピーダンス状態となる。 When V P <V N, the output current I A of the differential input stage 110 is substantially zero, the input current I IN is also zero to the output circuit 130. Therefore, the first transistor Q1 is turned off, and the OUT terminal is in a high impedance state.

反対にV>Vのとき、差動入力段110の出力電流Iは増加し、出力回路130へ入力電流IINが流れる。したがって第1トランジスタQ1(Q3)はターンオンし、OUT端子はローレベル電圧となる。このとき、第1トランジスタQ1(Q3)のベース電流IB1(IB3)は、高温時に減少するように温度補償回路132A(132B)によって補償される。 When V P> V N Conversely, increasing the output current I A of the differential input stage 110, the input current I IN flows to the output circuit 130. Therefore, the first transistor Q1 (Q3) is turned on, and the OUT terminal has a low level voltage. At this time, the base current I B1 of the first transistor Q1 (Q3) (I B3) is compensated by the temperature compensation circuit 132A (132B) so as to reduce at high temperatures.

図7は、図6の半導体装置200のレイアウト図である。図7の半導体装置200は、2チャンネルの電圧コンパレータCH1,CH2を内蔵する。電圧コンパレータCHの構成は、図6に示した通りである。各チャンネルにおいて出力回路130の第1トランジスタQ1は、OUT端子の近傍に配置される。また温度補償回路132は、第1トランジスタQ1と隣接する領域に配置される。 FIG. 7 is a layout diagram of the semiconductor device 200 of FIG. The semiconductor device 200 of FIG. 7 incorporates two-channel voltage comparators CH1 and CH2. The configuration of the voltage comparator CH is as shown in FIG. In each channel, the first transistor Q1 of the output circuit 130 is arranged near the OUT terminal. Further, the temperature compensation circuit 132 is arranged in a region adjacent to the first transistor Q1.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an example, and that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such a modification will be described.

出力回路130の用途は、電圧コンパレータに限定されず、オープンコレクタ形式のさまざまな回路に適用可能である。 The application of the output circuit 130 is not limited to the voltage comparator, and can be applied to various circuits of the open collector type.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms and phrases based on the embodiments, the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangement changes are permitted without departing from the ideas of the present invention.

200…半導体装置、110…差動入力段、120…増幅段、130…出力回路、132…温度補償回路、Q1…第1トランジスタ、Q2…第2トランジスタ、Q3…第3トランジスタ、Q4…第4トランジスタ、Q5…第5トランジスタ、R1…第1抵抗、R2…第2抵抗、R3…第3抵抗、R4…第4抵抗。 200 ... semiconductor device, 110 ... differential input stage, 120 ... amplification stage, 130 ... output circuit, 132 ... temperature compensation circuit, Q1 ... first transistor, Q2 ... second transistor, Q3 ... third transistor, Q4 ... fourth Transistor, Q5 ... 5th transistor, R1 ... 1st resistor, R2 ... 2nd resistor, R3 ... 3rd resistor, R4 ... 4th resistor.

Claims (4)

電圧コンパレータを有する半導体装置であって、
前記電圧コンパレータは、
第1入力信号を受ける第1差動入力端子と、
第2入力信号を受ける第2差動入力端子と、
出力端子と、
差動入力段と、
前記差動入力段の出力信号を増幅する増幅段と、
前記増幅段の出力信号に応じて前記出力端子の電気的状態を変化させるオープンコレクタ形式の出力段と、
を備え、(i)前記第1入力信号が前記第2入力信号より小さいとき、前記増幅段から前記出力段への入力電流がゼロとなり、前記出力端子はハイインピーダンスとなり、(ii)前記第1入力信号が前記第2入力信号より大きいとき、前記出力端子から出力電流をシンクすることにより、前記出力端子にローレベル電圧を発生させるよう構成され、
前記出力段は、
エミッタが接地され、コレクタが前記出力端子と接続され、ベースに自身のコレクタ電流に依存しない入力電流を受けるNPN型バイポーラトランジスタである第3トランジスタと、
前記第3トランジスタのベースに接続される温度補償回路と、
を備え、
前記温度補償回路は、
コレクタが前記第3トランジスタのベースと接続され、エミッタが接地される第4トランジスタと、
エミッタが接地され、コレクタが前記第4トランジスタのベースと接続される第5トランジスタと、
一端が前記第5トランジスタのコレクタと接続され、他端が前記第5トランジスタのベースと接続される第3抵抗と、
前記第3抵抗の他端と接続され、前記入力電流および前記第3トランジスタのコレクタ電流に依存しない電流を生成する電流源と、
を含み、
前記温度補償回路は、温度が高くなるほど、前記第4トランジスタのコレクタ電流を増大させて、前記第3トランジスタのベースから、温度が高いほど大きな補償電流をシンクすることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a voltage comparator
The voltage comparator
The first differential input terminal that receives the first input signal and
The second differential input terminal that receives the second input signal and
Output terminal and
With a differential input stage
An amplification stage that amplifies the output signal of the differential input stage,
An open collector type output stage that changes the electrical state of the output terminal according to the output signal of the amplification stage,
(I) When the first input signal is smaller than the second input signal, the input current from the amplification stage to the output stage becomes zero, the output terminal becomes high impedance, and (ii) the first. When the input signal is larger than the second input signal, it is configured to generate a low level voltage at the output terminal by synchronizing the output current from the output terminal.
The output stage is
A third transistor, which is an NPN type bipolar transistor in which the emitter is grounded, the collector is connected to the output terminal, and the base receives an input current independent of its own collector current.
The temperature compensation circuit connected to the base of the third transistor and
With
The temperature compensation circuit
A fourth transistor in which the collector is connected to the base of the third transistor and the emitter is grounded.
The fifth transistor, whose emitter is grounded and the collector is connected to the base of the fourth transistor,
A third resistor, one end of which is connected to the collector of the fifth transistor and the other end of which is connected to the base of the fifth transistor.
A current source connected to the other end of the third resistor and generating a constant current independent of the input current and the collector current of the third transistor.
Including
The temperature compensation circuit is a semiconductor device characterized in that the collector current of the fourth transistor is increased as the temperature rises, and a larger compensation current is synced from the base of the third transistor as the temperature rises.
前記第4トランジスタ、前記第5トランジスタおよび前記第3抵抗は、前記第3トランジスタと同一半導体基板上において、前記第3トランジスタと隣接した領域に配置されることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The fourth transistor, the fifth transistor and the third resistor, in the third transistor and the same semiconductor substrate, according to claim 1, characterized in that disposed adjacent to the third transistor region Semiconductor device. 前記第3トランジスタのベースと接地の間に設けられる第4抵抗をさらに備え、前記第4抵抗には、前記第1入力信号が前記第2入力信号より小さいときに電流が流れず、前記第1入力信号が前記第2入力信号より大きいときに電流が流れることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The third further example Bei a fourth resistor provided between the base and the ground of the transistor, wherein the fourth resistor, no current flows when the first input signal is less than the second input signal, said first The semiconductor device according to claim 1 or 2 , wherein a current flows when one input signal is larger than the second input signal . ひとつの半導体基板に集積化されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the semiconductor device is integrated on one semiconductor substrate.
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