JP7201677B2 - 起動回路 - Google Patents

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Description

本開示は、起動回路に関する。
電力の供給に伴い駆動する所謂電子機器は、近年では多様化してきており、例えば、コイン電池よって長時間駆動される電子機器や、所謂エナジーハーベスティングによって電力供給が行われるような低消費電力の電子機器も提案されている。このような低消費電力の電子機器を構成する要素回路の中には、消費電力がnW級のものも存在する。
また、各種電子機器を構成する要素回路の一つとして起動回路が挙げられる。起動回路としては、要求される仕様に応じて多様な形式のものが存在し、特に近年では、所謂Native-NMOSと称される、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタを使用した形式のものも提案されている。Native-NMOSを使用した形式の起動回路は、他の形式の起動回路に比べて、省面積化と低消費電流化とを両立可能であり注目されている。例えば、非特許文献1には、Native-NMOSを使用した形式の起動回路の一例が開示されている。
Vadim Ivanov,"Analog Techniques for Nano-power Circuits," ISSCC 2015 Tutorial,Feb.22,2015.
一方で、上述のような閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタを使用した形式の起動回路は、当該MOSトランジスタの閾値電圧のばらつきや変動に応じてドレイン電流が変動する場合がある。上述のような起動回路においては、このようなドレイン電流の変動は、当該起動回路が駆動対象とする装置に伝達させる起動電流の変動として顕在化し、例えば、当該装置の起動時間に影響を及ぼす場合がある。また、駆動対象とする装置の起動時間に制約がある場合には、例えば、上記したドレイン電流の変動に伴う起動時間への影響を考慮して起動回路の設計がなされることとなり、これにより消費電流が増加する場合もある。
そこで、本開示では、トランジスタの閾値電圧のばらつきの影響をより低減することが可能な起動回路を提案する。
本開示によれば、閾値電圧が0V近傍であるN型の第1のMOSトランジスタと、前記第1のMOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、を備え、前記ゲート電圧の制御に応じて、駆動対象となる装置に伝達される当該装置を起動させるための第1の電流の量が制御される、起動回路が提供される。
以上説明したように本開示によれば、トランジスタの閾値電圧のばらつきの影響をより低減することが可能な起動回路が提供される。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
比較例に係る起動回路の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明するための説明図である。 ゲート接地されたNative-NMOSのソース電圧とドレイン電流との間の関係について概要を説明するための説明図である。 電圧が印可された抵抗と当該抵抗に流れる電流との間の関係について概要を説明するための説明図である。 比較例に係る起動回路の特性について説明するための説明図である。 本開示の一実施形態に係る起動回路の動作原理について概要を説明するための説明図である。 同実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明するための説明図である。 第1の構成例に係る起動回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 第1の構成例に係る起動回路の特性について説明するための説明図である。 第1の構成例に係る起動回路の特性について説明するための説明図である。 同実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明するための説明図である。 同実施形態に係る起動回路の第3の構成例について説明するための説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.起動回路の概要
2.技術的課題
3.技術的特長
3.1.動作原理
3.2.第1の構成例
3.3.第2の構成例
3.4.第3の構成例
3.5.補足
4.むすび
<<1.起動回路の概要>>
まず、起動回路の概要について例を挙げて説明する。前述したように、近年では電子機器の多様化に伴い、低消費電力の電子機器も提案されており、このような低消費電力の電子機器を構成する要素回路の中には、消費電力がnW級のものも存在する。このような要素回路の一つとして起動回路が挙げられる。起動回路としては、要求される仕様に応じて多様な形式のものが存在し、特に近年では、所謂Native-NMOSと称される、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタを使用した形式のものも提案されている。
Native-NMOSは、上述したように閾値電圧が0V近傍であるため、ゲート端子をグランド(GND)に接続した状態においても、ある程度のチャネルリーク電流が流れるという特性を有する。換言すると、Native-NMOSは、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。Native-NMOSを使用した形式の起動回路は、上記のようなNative-NMOSの特性を利用することで、他の形式の起動回路に比べて、省面積と低消費電流とを両立可能であり注目されている。
ここで、比較例として、Native-NMOSを使用した形式の起動回路の一例について説明する。例えば、図1は、比較例に係る起動回路の概略的な構成の一例について説明するための説明図であり、電流源回路200を駆動対象とした起動回路190の構成の一例について示している。
図1に示すように、起動回路190は、Native-NMOSとして構成されたトランジスタNM10と、抵抗RSTUPと、起動電流発生回路191とを含む。トランジスタNM10は、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗R TUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタNM 10のドレイン端子側には、起動電流発生回路191が接続されている。図1において、参照符号Iは、トランジスタNM10のドレイン電流を模式的に示している。また、参照符号Vは、トランジスタNM10のソース端子の電位を模式的に示している。このような構成の基で、起動電流発生回路191において発生した起動電流(起動信号)が電流源回路200に伝達されることで、当該電流源回路200が起動する。
具体的には、起動電流発生回路191において発生した起動電流が電流源回路200に伝達されるか否かは、トランジスタNM10のソース-ドレイン間が導通する導通状態と、当該ソース-ドレイン間が非導通となる非導通状態と、のいずれかに応じて制御される。トランジスタNM10が導通状態となることで、ドレイン電流Iが起動電流発生回路191に流れ、当該起動電流発生回路191で起動電流が発生する。この起動電流発生回路191で発生した起動電流が電流源回路200に伝達されることで、当該電流源回路200が起動する。
ここで、比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明する。例えば、図2は、比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明するための説明図であり、図1に示す電流源回路200を所謂セルフバイアス型の電流源回路として構成した場合における、起動回路190の回路構成の一例を示している。
前述したように、図2に示す電流源回路200は、セルフバイアス型の電源回路として構成されている。具体的には、電流源回路200は、N型のMOSトランジスタとして構成されたトランジスタM101及びM103と、P型のMOSトランジスタとして構成されたトランジスタM105、M107、及びM109とを含む。
トランジスタM101及びM103は、MOSFETのサブスレッショルド特性を利用した電流源回路を構成している。具体的には、トランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM103は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM101のソース端子は、抵抗Rを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタM103のソース端子は、グランド(GND)に電気的に接続されている。これによりトランジスタM 101及びM103のゲート・ソース間電圧の差を抵抗Rの抵抗値で除した値の電流が、M101のドレイン電流として発生する。
また、トランジスタM105、M107、及びM109は、カレントミラー回路を構成している。具体的には、トランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM105は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM105、M107、及びM109それぞれのソース端子は、電源電圧VDDに電気的に接続されている。
また、トランジスタM101のドレイン端子と、トランジスタM105のドレイン端子と、の間は電気的に接続されている。また、トランジスタM103のドレイン端子と、トランジスタM107のドレイン端子と、の間は電気的に接続されている。
このような構成の基で、例えば、起動回路190で発生した起動電流ISTUPが、トランジスタM103のドレイン端子側に供給され、電流源回路200が起動する。このとき、当該起動電流ISTUPは、電流源回路を構成するトランジスタM101及びM10 それぞれのゲート端子に供給されることとなる。
続いて、起動回路190の回路構成について説明する。起動回路190は、トランジスタNM10と、抵抗RSTUPと、トランジスタM191及びM193とを含む。トランジスタNM10は、図1に示すトランジスタNM10に相当する。即ち、トランジスタNM10は、例えば、Native-NMOSとして構成され、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。
トランジスタM191及びM193は、カレントミラー回路を構成している。起動回路130では、トランジスタNM10のドレイン電流を当該カレントミラー回路により複製した電流が、起動電流ISTUPとして電流源回路200に供給される。
具体的には、トランジスタM191及びM193のそれぞれは、P型のMOSトランジスタとして構成されており、それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM191は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM 191及びM193それぞれのソース端子は、電源電圧VDDに電気的に接続されている。また、トランジスタM191のドレイン端子と、トランジスタNM10のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。
また、トランジスタM109のドレイン端子側が、カレントミラー回路を構成するトランジスタM191及びM193それぞれのゲート端子に対して電気的に接続されている。即ち、トランジスタM109のドレイン端子と、トランジスタNM10のドレイン端子と、の間が電気的に接続されることとなる。また、トランジスタM193のドレイン端子と、トランジスタM103のドレイン端子(即ち、トランジスタM107のドレイン端子)と、の間が電気的に接続されている。即ち、トランジスタM193のドレイン端子と、カレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子と、の間が電気的に接続されることとなる。
このような構成の基で、電源電圧VDDが投入されて起動回路190がオン状態となると、導通状態のトランジスタNM10にドレイン電流が流れ、当該ドレイン電流を起動回路190のカレントミラー回路により複製した電流が、起動電流ISTUPとして電流源回路200に供給される。
起動回路190からの起動電流ISTUPは、電流源回路200において電流源回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVG )に供給され、当該トランジスタM101及びM103が導通状態に遷移する。これにより、カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGP)が、トランジスタM101及び抵抗Rを介してグランド(GND)に電気的に接続されるため、当該カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109が導通状態に遷移する。このように、起動回路190からの起動電流ISTUPの供給に伴い、まずN型のMOSトランジスタM101及びM103により構成される電流源回路が起動し、その後に、P型のMOSトランジスタM105、M107、及びM109により構成されるカレントミラー回路が起動することで、電流源回路200の起動が完了する。
また、電流源回路200が起動すると、電流源回路200から出力された電流(換言すると、出力された信号)のうち一部がバイアス電流IBIASとして、カレントミラー回路を構成するトランジスタM191及びM193それぞれのゲート端子に供給される。これにより、トランジスタM191及びM193それぞれのゲート端子の電位が上昇するため、当該ゲート端子に電気的に接続されたトランジスタNM10のドレイン端子の電位についても上昇する。このとき、トランジスタM105とM109のアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM10のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM10のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM10のドレイン電圧(即ち、トランジスタM191及びM193それぞれのゲート電圧)を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。
そして、トランジスタM191及びM193それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分下回ると、当該トランジスタM191及びM193のそれぞれが非導通状態に遷移する。このように、トランジスタM193が非導通状態に遷移することで、起動回路190から電流源回路200への起動電流ISTUPの供給が遮断される。また、このとき電流源回路200からトランジスタNM10のドレイン端子側に供給されるバイアス電流IBIASの電流値は、起動回路190をオフ状態に保つための必要最低限の電流であるトランジスタNM10のドレイン電流の電流値と略等しくなるように制限される。
以上、図1及び図2を参照して、起動回路の概要について例を挙げて説明した。
<<2.技術的課題>>
続いて、上述した比較例に係る起動回路の技術的課題について説明する。
図1に示すような起動回路190のように、閾値電圧が0V近傍のN型のMOSトランジスタ(即ち、Native-NMOS)を使用した形式の起動回路は、当該MOSトランジスタの閾値電圧のばらつきや変動に応じてドレイン電流が変動する場合がある。具体的な一例として、図1に示す起動回路190において、トランジスタNM10のドレイン電流Iは、以下に(式1)として示す、MOSFETのサブスレッショルド領域におけるドレイン電流の式で与えられる。
Figure 0007201677000001
上記(式1)において、Vは、図1に示すゲート端子がGNDに接続されたトランジスタNM10のソース端子の電位を示している。また、Vthは閾値電圧、nはスロープファクタ、kはボルツマン定数、Tは温度、qは素電荷をそれぞれ示している。また、係数Iは、以下に(式2)として示す計算式で表される。
Figure 0007201677000002
上記(式2)において、μは移動度、COXはゲート酸化膜単位面積当たりの容量、Wはチャネル幅、Lはチャネル長、ηはゲート酸化膜容量と空乏層容量に起因するデバイス構造由来の定数をそれぞれ示している。
また、ドレイン電流Iは、抵抗RSTUPにソース電圧Vを発生させるため、以下に(式3)として示す関係式で表される。
Figure 0007201677000003
以上から、トランジスタNM10のドレイン電流Iは、上記(式1)及び(式3)を連立させることでIについて解いた値となる。(式1)から、ドレイン電流Iは、トランジスタNM10の閾値電圧Vthを指数関数の引数として含み、当該閾値電圧Vthのばらつきや変動の影響を大きく受けることがわかる。
ここで、上記閾値電圧Vthのばらつきや変動の影響について数値的に説明する。例えば、図3は、ゲート接地されたNative-NMOSのソース電圧とドレイン電流との間の関係について概要を説明するための説明図である。図3に示すトランジスタNM10は、図1に示す起動回路190に適用されるトランジスタNM10に相当する。上述した(式1)で表されるドレイン電流の特性は、図3に示す回路において、ソース電圧Vをスイープしてドレイン電流Iをモニタすることで確認することが可能である。
また、図4は、電圧が印可された抵抗と当該抵抗に流れる電流との間の関係について概要を説明するための説明図である。図4において、抵抗に流れる電流をIとした場合に、上述した(式3)で表される抵抗に流れる電流の特性は、図4に示す回路において、印加電圧Vをスイープして電流Iをモニタすることで確認することが可能である。
例えば、図5は、比較例に係る起動回路の特性について説明するための説明図である。具体的には、図5は、図3に示す回路に基づくNative-NMOSのドレイン電流Iと、図4に示す回路に基づく抵抗に流れる電流Iと、のシミュレーション結果の一例について示している。図5において、横軸は、図3に示すソース電圧V及び図4に示す印加電圧V それぞれの電圧値を示している。また、縦軸は、図3に示すドレイン電流I及び図4に示す電流Iそれぞれの電流値を示している。図5において、参照符号IDとして示したグラフが、図3に示すドレイン電流Iのシミュレーション結果の一例を示している。また、参照符号IRとして示したグラフが、図4に示す電流Iのシミュレーション結果の一例を示している。なお、図5に示す例では、図3に示すドレイン電流Iと図4に示す電流Iとのそれぞれについて、トランジスタNM10の閾値電圧VTHのプロセスばらつきや、当該閾値電圧VTHの温度変動を考慮した、最大値、代表値、及び最小値のシミュレーション結果を示している。
上記(式1)と(式3)とを連立させた結果、即ち、図5において、同じ条件に対応するドレイン電流Iのグラフと電流Iのグラフとの交点が、図1に示す比較例に係る電源回路190におけるトランジスタNM10のドレイン電流Iとなる。図5に示すように、トランジスタNM10のドレイン電流Iについては、抵抗のばらつきや温度変動による影響は小さいものの、当該トランジスタNM10の閾値電圧VTHのばらつきの影響が大きいことがわかる。より具体的には、図5に示す例の場合には、トランジスタNM のドレイン電流Iが、約15pAから約2500pAまで2桁以上変動している。
トランジスタNM10のドレイン電流Iの変動に伴い、当該ドレイン電流Iに応じて決定される起動電流についても変動することとなり、当該起動電流の変動は駆動対象となる装置(例えば、図1に示す電流源回路200)の起動時間に影響を及ぼし得る。そのため、例えば、駆動対象となる装置の起動時間に制約がある場合には、想定され得る起動時間の最大値が設計目標未満となるように起動回路を設計する必要が生じる。換言すると、想定され得る起動時間に応じたトランジスタNM10のドレイン電流Iの最小値が、設計目標よりも大きくなるように起動回路を設計する必要が生じる。一方で、ドレイン電流Iの増加は、消費電流の増加につながる。以上のような背景から、上述のような起動回路においては、起動電流の変動(特に、トランジスタNM10の閾値電圧のばらつきの影響)をより小さく抑えることを可能とする技術の導入が求められている。
以上のような状況を鑑み、本開示では、トランジスタの閾値電圧のばらつきの影響をより低減することが可能な起動回路の一例について提案する。
<<3.技術的特長>>
以下に、本開示の一実施形態に係る起動回路の技術的特徴について説明する。
<3.1.動作原理>
まず、本開示の一実施形態に係る起動回路の基本的な動作原理について説明する。例えば、図6は、本開示の一実施形態に係る起動回路の動作原理について概要を説明するための説明図であり、当該起動回路を機能ブロックとして抽象化した構成の一例を示している。なお、以降の説明では、本開示の一実施形態に係る起動回路100の特徴について、図1を参照して説明した例と同様に、電流源回路200を駆動対象とした場合に着目して説明する。即ち、図6に示す電流源回路200については、図1に示す電流源回路200と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。
図6に示すように、起動回路100は、トランジスタNM11と、抵抗RSTUPと、起動電流発生回路101と、ゲート電圧制御回路103とを含む。なお、起動電流発生回路101は、図1を参照して説明した例における起動電流発生回路191に相当するため詳細な説明は省略する。
トランジスタNM11は、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタである。換言すると、トランジスタNM11は、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。具体的な一例として、トランジスタNM11は、Native-NMOSとして構成され得る。トランジスタNM11は、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタNM11のゲート端子にはゲート電圧制御回路103が電気的に接続されており、当該ゲート電圧制御回路103により、トランジスタNM11に印加されるゲート電圧が制御される。また、トランジスタNM11のドレイン端子側には、起動電流発生回路101が接続されている。なお、トランジスタNM11が「第1のMOSトランジスタ」の一例に相当する。
ゲート電圧制御回路103は、トランジスタNM11に印加されるゲート電圧(換言すると、トランジスタNM11のゲート端子の電位)を制御する。具体的には、ゲート電圧制御回路103は、トランジスタNM11の閾値電圧VTHに応じて、当該トランジスタNM11に印可するゲート電圧を制御する。より具体的な一例として、ゲート電圧制御回路103は、トランジスタNM11の閾値電圧VTHが所定の閾値以上(例えば、0V以上)の場合に、発生するドレイン電流Iがより大きくなるような補正をかける。以上のような制御により、例えば、トランジスタNM11の閾値電圧VTHのばらつきや、温度変化等による当該閾値電圧VTHの変動の影響をより低減することが可能となる。なお、同制御については、起動回路100の回路構成の一例とあわせて詳細を別途後述する。
以上、図6を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の基本的な動作原理について説明した。
<3.2.第1の構成例>
続いて、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明する。
(回路構成)
まず、図7を参照して、第1の構成例に係る起動回路の回路構成の一例について説明する。図7は、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明するための説明図であり、図6に示す起動回路の回路構成の一例について示している。なお、図7に示す電流源回路200の回路構成については、図2を参照して説明した電流源回路200の回路構成と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。また、図7に示す起動回路110は、図6に示す例における起動回路100の一例に相当する。
図7に示すように、起動回路110は、トランジスタNM111及びNM113と、抵抗RSTUPと、トランジスタM111、M113、及びM115とを含む。トランジスタNM111及びNM113のそれぞれは、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタとして構成される。換言すると、トランジスタNM111及びNM113のそれぞれは、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。具体的な一例として、トランジスタNM111及びNM113のそれぞれは、Native-NMOSとして構成され得る。なお、トランジスタNM111及び抵抗RSTUPは、図6に示すトランジスタNM11及び抵抗RSTUPに相当する。即ち、トランジスタNM111は、ソース端子が抵抗RSTU を介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタM111、M113、及びM115と、トランジスタNM113とが、図6に示す起動電流発生回路101やゲート電圧制御回路103の役割を果たす。より具体的には、特にトランジスタNM113が、ゲート電圧制御回路103としての役割に寄与する。
トランジスタNM113は、ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されており(即ち、ダイオード接続されており)、当該ゲート端子がトランジスタNM111のゲート端子と電気的に接続されている。また、トランジスタNM113は、ソース端子がグランド(GND)に電気的に接続されている。なお、トランジスタNM113が、「第2のMOSトランジスタ」の一例に相当する。
トランジスタM111、M113、及びM115は、カレントミラー回路を構成している。具体的には、トランジスタM111、M113、及びM115のそれぞれは、P型のMOSトランジスタとして構成されており、それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM111は、ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されている(即ち、ダイオード接続されている)。トランジスタM111、M113、及びM 115のそれぞれは、ソース端子が電源電圧VDDに電気的に接続されている。このような構成の基で、トランジスタM111のドレイン端子と、トランジスタNM111のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。また、トランジスタM113のドレイン端子と、トランジスタNM113のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。
また、トランジスタM109のドレイン端子側が、カレントミラー回路を構成するトランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート端子に対して電気的に接続されている。即ち、トランジスタM109のドレイン端子と、トランジスタNM111のドレイン端子と、の間が電気的に接続されることとなる。また、トランジスタM115のドレイン端子と、トランジスタM103のドレイン端子(即ち、トランジスタM107のドレイン端子)と、の間が電気的に接続されている。即ち、トランジスタM115のドレイン端子と、電流源回路200においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM 01及びM103それぞれのゲート端子と、の間が電気的に接続されることとなる。
なお、以降の説明では、便宜上、図7において参照符号INで示された端子、即ち、トランジスタM111のドレイン端子を、トランジスタM111、M113、及びM115により構成されるカレントミラー回路の「入力端子IN」とも称する。また、図7において、参照符号OUT1及びOUT2で示された各端子、即ち、トランジスタM115のドレイン端子と、トランジスタM113のドレイン端子とを、それぞれ上記カレントミラー回路の「第1の出力端子OUT1」及び「第2の出力端子OUT2」とも称する。また、第1の構成例に係る起動回路110においては、トランジスタM111、M113、及びM115が、それぞれ「第3のMOSトランジスタ」、「第4のMOSトランジスタ」、及び「第5のMOSトランジスタ」の一例に相当する。
このような構成の基で、電源電圧VDDが投入されて起動回路110がオン状態となると、カレントミラー回路の入力端子INから出力される電流が、導通状態のトランジスタNM111に流れる。これにより、当該トランジスタNM111のドレイン電流(即ち、入力端子INから出力される電流)をカレントミラー回路により複製した電流が、起動電流ISTUPとして当該カレントミラー回路の第1の出力端子OUT1から電流源回路200に供給される。即ち、起動電流ISTUPの供給に応じて電流源回路200が起動する。なお、上記トランジスタNM111のドレイン電流が「第2の電流」の一例に相当し、上記起動電流ISTUPが「第1の電流」の一例に相当する。
また、このとき、トランジスタNM111のドレイン電流をカレントミラー回路により複製した電流が、当該カレントミラー回路の第2の出力端子OUT2から導通状態のトランジスタNM113に流入する。即ち、当該第2の出力端子OUT2から出力された当該電流が、トランジスタNM113の閾値電圧VTHに応じてトランジスタNM111及びNM113それぞれのゲート端子に供給され、当該トランジスタNM111を流れるドレイン電流が制御される。なお、同制御については、詳細を別途後述する。また、トランジスタNM111のドレイン電流が複製された、トランジスタNM113に流れる上記電流が「第3の電流」の一例に相当する。
次いで、電流源回路200が起動すると、電流源回路200から出力された電流(換言すると、出力された信号)のうち一部がバイアス電流IBIASとしてカレントミラー回路を構成するトランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート端子に供給される。これにより、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート端子の電位が上昇するため、当該ゲート端子に電気的に接続されたトランジスタNM 11のドレイン端子の電位についても上昇する。このとき、トランジスタM105とM 09のアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM111のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM111のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM111のドレイン電圧(即ち、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート電圧)を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。なお、上記バイアス電流IBIASが「第4の電流」の一例に相当する。
そして、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分下回ると、当該M111、M113、及びM115のそれぞれが非導通状態に遷移する。このように、トランジスタM115が非導通状態に遷移することで、起動回路110から電流源回路200への起動電流ISTUPの供給が遮断される。また、このとき電流源回路200からトランジスタNM111のドレイン端子側に供給されるバイアス電流IBIASの電流値は、起動回路110をオフ状態に保つための必要最低限の電流であるトランジスタNM111のドレイン電流の電流値と略等しくなるように制限される。
(動作)
ここで、図8を参照して、図7に示す起動回路110の動作、即ち、電流源回路200の起動に係る動作についてより詳しく説明する。図8は、第1の構成例に係る起動回路110の動作について説明するためのタイミングチャートである。図8の横軸は時間を示している。VDDは、図7に示す電源電圧VDDの電圧値を示している。VGPは、図7におけるノードNVGPの電位、即ち、電流源回路200においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子の電位を示している。VGNは、図7におけるノードNVGNの電位、即ち、電流源回路200においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子の電位を示している。ISTUPは、図7に示す起動電流ISTUPの電流値を示している。IBIASは、図7に示すバイアス電流IBIASの電流値を示している。VGP0は、図7におけるノードNVGP0の電位、即ち、起動回路110においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート端子の電位を示している。VGN0は、図7におけるノードNVGN0の電位、即ち、トランジスタNM111及びNM113それぞれのゲート端子の電位を示している。
図8に示す例では、タイミングt11において電源電圧VDDが投入されており、当該タイミングt11からタイミングt13までの期間において電源電圧VDDの電圧値が上昇している。
電源電圧VDDが投入されると起動回路110がオン状態となり、入力端子INから導通状態のトランジスタNM111にドレイン電流が流れ込む。これにより、当該ドレイン電流がカレントミラー回路により複製された電流が、第1の出力端子OUT1から起動電流ISTUPとして電流源回路200に供給される。また、上記ドレイン電流をカレントミラー回路により複製した電流が、第2の出力端子OUT2からトランジスタNM113のドレイン端子側に流入する。なお、前述したようにトランジスタNM113のゲート端子とドレイン端子とは電気的に接続されており、当該トランジスタNM113のドレイン端子側に流入した上記電流がノードNVGN0(即ち、トランジスタNM111及びNM 113それぞれのゲート端子)に供給される。このような構成により、トランジスタNM 111及びNM113それぞれのゲート電圧(即ち、ノードNVGN0の電位)は、トランジスタNM113の閾値電圧に応じた電圧に制御される。
具体的には、トランジスタNM111の閾値電圧が0V以下の場合には、起動電流I TUPの電流値は、トランジスタNM111のゲート電圧を0Vとした場合における当該トランジスタNM111のゲート-ソース間電圧によって決定される。また、このとき上記閾値電圧が0V以下のため、トランジスタNM111のドレイン電流が複製された電流がトランジスタNM113に流入したとしても、上記ゲート電圧は0V以上とはならない。
一方で、閾値電圧が0Vよりも高い場合には、トランジスタNM111のドレイン電流が複製された電流がトランジスタNM113に流入すると、当該トランジスタNM113がダイオード接続されていることで、トランジスタNM111及びNM113それぞれのゲート電圧が0Vよりも高くなる。このような効果により、トランジスタNM111のドレイン電流の電流値は、当該トランジスタNM111のゲート電圧が0Vの場合よりも大きくなる。
具体的な一例として、図8に示す例では、電源電圧VDDの電圧値の上昇に伴い、トランジスタNM111にドレイン電流と、当該ドレイン電流が複製された電流(即ち、起動電流ISTUP及びトランジスタNM113のドレイン電流)と、のそれぞれの電流値が上昇している。
起動回路110からの起動電流ISTUPは、電流源回路200においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGN)に供給され、当該トランジスタM101及びM103が導通状態に遷移する。これにより、電流源回路200においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM 105、M107、及びM109それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGP)が、トランジスタM101及び抵抗Rを介してグランド(GND)に電気的に接続され、ノードNVGNの電位VGNの上昇に応じてノードNVGPの電位が下降する。そして、ノードNVGPの電位VGPの下降に伴い、タイミングt17において、上記カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109が導通状態に遷移し、電位VGNの上昇と電位VGPの下降とが停止する。以上により、電流源回路200の起動が完了し、当該電流源回路200を構成するトランジスタM101、M103、M105、M107、及びM109それぞれのソース-ドレイン間に信号(ドレイン電流)が流れることとなる。
また、電源電圧VDDの投入に伴い、トランジスタM111及びNM111を介して抵抗RSTUPに電流が流れる。このとき、トランジスタM111のゲート-ドレイン間は電気的に接続されているため、電源電圧VDDの上昇に伴い、ノードNVGP0の電位VGP0(即ち、トランジスタM111及びM113のゲート電圧)についても上昇する。具体的な一例として、図8に示す例では、タイミングt11~t13の期間において、ノードNVGP0の電位VGP0が上昇している。
また、トランジスタM111を流れる電流(即ち、入力端子INから出力される電流)がカレントミラー回路により複製された電流が、第2の出力端子OUTからトランジスタNM113のドレイン端子側に流入する。このとき、前述したように、トランジスタNM 111の閾値電圧が0Vよりも高い場合には、トランジスタNM113がダイオード接続されていることにより、ノードNVGN0の電位VGN0(即ち、トランジスタNM11 及びNM113のゲート電圧)が0Vよりも高くなる。具体的な一例として、図8に示す例では、タイミングt11~t15の期間において、ノードNVGN0の電位VGN0が上昇している。即ち、トランジスタNM111のドレイン電流の電流値についても、当該トランジスタNM111のゲート電圧の上昇に伴い上昇することとなる。一方で、電源電圧VDDの電位の上昇についてはタイミングt13において停止しており、タイミングt13~t15の期間においては、ノードNVGN0の電位VGN0の上昇(即ち、トランジスタNM111のドレイン電流の電流値の上昇)に伴い、ノードNVGP0の電位VGP0が低下している。
また、タイミングt17において電流源回路200の起動が完了すると、トランジスタM109のソース-ドレイン間を伝達される電流(信号)が、バイアス電流IBIASとして、起動回路110においてカレントミラー回路を構成するトランジスタM111、M 113、及びM115それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGP0)に供給される。これにより、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート端子の電位が上昇するため、当該ゲート端子に電気的に接続されたトランジスタNM111のドレイン端子の電位についても上昇する。このとき、トランジスタM105及びM109のアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM111のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM111のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM111のドレイン電圧(即ち、トランジスタM111、M113、及びM 115それぞれのゲート電圧)を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。具体的には、図8に示す例では、タイミングt17~t19の期間において、バイアス電流I BIASの電流値の増加に伴い、ノードNVGP0の電位VPG0(即ち、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれのゲート電圧)が上昇している。
そして、トランジスタM111、M113、及びM115それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分下回ると、当該トランジスタM111、M113、及びM 115のそれぞれが非導通状態に遷移する。このように、トランジスタM115が非導通状態に遷移することで、起動回路110から電流源回路200への起動電流ISTUPの供給が遮断される。また、トランジスタM111が非導通状態に遷移することで、入力端子INから当該トランジスタM111のドレイン端子側への電流の流入も制限される。同様に、トランジスタM113が非導通状態に遷移することで、第2の出力端子OUT2から当該トランジスタM113のドレイン端子側への電流の流入も制限される。そのため、図8に示す例では、タイミングt17~t19の期間において、ノードNVGP0の電位VGP0の上昇に伴い、ノードNVGN0の電位VGN0が下降している。
以上のようにして、タイミングt19以降においては、起動回路110がオフ状態に遷移する。なお、このとき電流源回路200からトランジスタNM111のドレイン端子側に供給されるバイアス電流IBIASの電流値は、起動回路110をオフ状態に保つための必要最低限の電流であるトランジスタNM111のドレイン電流の電流値と略等しくなるように制限される。
(実施例)
次いで、第1の構成例の実施例として、図9及び図10を参照して、第1の構成例に係る起動回路の特性について説明する。図9は、第1の構成例に係る起動回路の特性について説明するための説明図であり、図7に示す起動回路110において、セルフバイアス接続されたトランジスタNM111の特性をシミュレーションするための回路の一例である。図9におけるトランジスタNM111、NM113、M111、及びM113は、図7に示す起動回路110におけるトランジスタNM111、NM113、M111、及びM 113にそれぞれ相当する。また、図9に示す直流電源Vは、トランジスタNM111のソース電圧を模している。なお、図9に示す例では、トランジスタNM113側により電圧が発生しやすいように、トランジスタNM111と当該トランジスタNM113とのサイズ比を調整している。具体的には、図9に示す例では、トランジスタNM111と当該トランジスタNM113とのサイズ比を1:0.25としている。
図9に示す回路において、トランジスタNM111のソース電圧Vをスイープして当該トランジスタNM111のドレイン電流Iをモニタすることで、当該トランジスタNM111のドレイン電流の特性を確認することが可能である。また、図4を参照して前述したように、抵抗に流れる電流Iの特性(即ち、前述した(式3)で表される電流の特性)については、当該図4に示す回路において、印加電圧Vをスイープして電流Iをモニタすることで確認することが可能である。
例えば、図10は、第1の構成例に係る起動回路の特性について説明するための説明図である。具体的には、図10は、図9に示す回路に基づくトランジスタNM111のドレイン電流Iと、図4に示す回路に基づく抵抗に流れる電流Iと、のシミュレーション結果の一例について示している。図10において、横軸は、図9に示すソース電圧V及び図4に示す印加電圧Vをそれぞれの電圧値を示している。また、縦軸は、図9に示すドレイン電流I及び図4に示す電流Iそれぞれの電流値を示している。図10において、参照符号IDとして示したグラフが、図9に示すドレイン電流Iのシミュレーション結果の一例を示している。また、参照符号IRとして示したグラフが、図4に示す電流Iのシミュレーション結果の一例を示している。なお、図10に示す例では、図9に示すドレイン電流Iと図4に示す電流Iとのそれぞれについて、トランジスタNM11 の閾値電圧VTHのプロセスばらつきや、当該閾値電圧VTHの温度変動を考慮した、最大値、代表値、及び最小値のシミュレーション結果を示している。
図10において、同じ条件に対応するドレイン電流Iのグラフと電流Iのグラフとの交点が、図9に示す第1の構成例に係る電源回路110におけるトランジスタNM11 のドレイン電流Iとなる。なお、図9に示す電源回路110では、カレントミラー回路によりトランジスタNM111のドレイン電流Iを複製した電流を、起動電流IST UPとして起動対象となる装置(例えば、電流源回路200)に供給している。即ち、図10に基づき導出されるトランジスタNM111のドレイン電流Iが、図9に示す例において電源回路110が電流源回路200に供給する起動電流ISTUPの電流値に相当することとなる。
ここで、図10に示した第1の構成例に係る起動回路の特性と、図5に示した比較例に係る起動回路の特性と、を比較すると、起動電流の最大値については、双方ともに2500pAとなっている。一方で、起動電流の最小値については、比較例に係る起動回路では15pAとなっているのに対して、第1の構成例に係る起動回路では300pAとなっている。また、起動電流の代表値については、比較例に係る起動回路では700pAとなっているのに対して、第1の構成例に係る起動回路では750pAとなっている。このように、第1の構成例に係る起動回路は、比較例に係る起動回路に比べて、ドレイン電流Iの変動の幅(換言すると、起動電流の変動の幅)がより小さくなっている。このことから、第1の構成例に係る起動回路は、比較例に係る起動回路に比べて、トランジスタNM 11の閾値電圧VTHのばらつきの影響がより抑制されていることがわかる。
以上のように、本開示の一実施形態に係る起動回路に依れば、当該起動回路を構成するトランジスタ(例えば、図7に示すトランジスタNM111)の閾値電圧VTHのばらつきの影響をより低減し、ひいてはソース電圧やドレイン電流の変動をより抑制することが可能となる。即ち、当該起動回路を適用することで、前述した比較例に係る起動回路に比べて、起動電流の変動をより抑制することが可能となるため、例えば、駆動対象となる装置(例えば、図7に示す電流源回路200)の起動時間の変動をより抑制することが可能となる。特に、従来の起動回路の場合には、起動時間に制約がある場合には、起動時間の最大値が設計目標未満となるように設計をする必要があり、換言すると、当該起動回路を構成するトランジスタのドレイン電流の最小値が設計目標よりも大きくなるようにマージンを持たせる設計が必要となる。これに対して、本開示の一実施形態に係る起動回路は、上述の通り、ドレイン電流の変動を抑制することが可能となるため、例えば、従来の起動回路に比べて、ドレイン電流の変動に応じたマージンを考慮した設計に伴う消費電流の増加を抑制することが可能となり、消費電流の設計値(代表値)をより小さく制限することも可能となる。
以上、図7~図10を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明した。
<3.3.第2の構成例>
続いて、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明する。例えば、図11は、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明するための説明図であり、図6に示す起動回路の回路構成の他の一例について示している。なお、図11に示す電流源回路200の回路構成については、図2を参照して説明した電流源回路200の回路構成と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。また、図11に示す起動回路120は、図6に示す例における起動回路100の一例に相当する。
図11に示すように、第2の構成例に係る起動回路120は、トランジスタNM115を含む点が、図9を参照して説明した第1の構成例に係る起動回路110と異なり、その他の構成については当該起動回路110と実質的に同様である。そのため、以降の説明では、第2の構成例に係る起動回路120について、特に、第1の構成例に係る起動回路110と異なる部分に着目して説明し、当該起動回路110と実質的に同様の部分については詳細な説明は省略する。
図11に示すように、起動回路120においては、ゲート端子とドレイン端子との間が電気的に接続された(即ち、ダイオード接続された)トランジスタNM113のソース端子側と、グランドとの間にトランジスタNM115が介在している。トランジスタNM 15は、ドレイン端子がトランジスタNM113のソース端子に対して電気的に接続され、ソース端子がグランドに電気的に接続されている。また、トランジスタNM115は、ゲート端子とドレイン端子との間が電気的に接続されている(即ち、ダイオード接続されている)。
トランジスタNM115は、トランジスタNM111及びNM113と同様に、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタとして構成される。換言すると、トランジスタNM115は、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。具体的な一例として、トランジスタNM115は、Native-NMOSとして構成され得る。なお、トランジスタNM115が、「第6のMOSトランジスタ」の一例に相当する。
以上のような構成により、第2の構成例に係る起動回路120に依れば、トランジスタNM111の閾値電圧が0V以上の場合に、当該トランジスタNM111に対してより高いゲート電圧を発生させることが可能となる。
以上、図11を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明した。
<3.4.第3の構成例>
続いて、本開示の一実施形態に係る起動回路の第3の構成例について説明する。例えば、図12は、本開示の一実施形態に係る起動回路の第3の構成例について説明するための説明図であり、図6に示す起動回路の回路構成の他の一例について示している。なお、図12に示す電流源回路200の回路構成については、図2を参照して説明した電流源回路200の回路構成と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。また、図12に示す起動回路130は、図6に示す例における起動回路100の一例に相当する。
図12に示すように、起動回路130は、トランジスタNM111及びNM113と、抵抗RSTUPと、トランジスタM121及びM123と、ダイオードD121及びD 23とを含む。なお、トランジスタNM111及びNM113、並びに抵抗RSTUPは、図7を参照して説明した第1の構成例に係る起動回路110におけるトランジスタNM 111及びNM113、並びに抵抗RSTUPと実質的に同様のため詳細な説明は省略する。
トランジスタM121及びM123は、カレントミラー回路を構成している。具体的には、トランジスタM121及びM123のそれぞれは、P型のMOSトランジスタとして構成されており、それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM121は、ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されている(即ち、ダイオード接続されている)。
トランジスタM121及びM123のそれぞれは、バックゲート端子がドレイン端子に電気的に接続されている。また、トランジスタM121及びM123のそれぞれは、ソース端子とドレイン端子との間が寄生ダイオードを介して電気的に接続されている。具体的には、トランジスタM121のソース端子とドレイン端子との間は、ダイオードD121を介して電気的に接続される。より具体的には、ダイオードD121は、アノード側がトランジスタM121のソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該トランジスタM 121のドレイン端子に電気的に接続される。同様に、トランジスタM123のソース端子とドレイン端子との間は、ダイオードD123を介して電気的に接続される。より具体的には、ダイオードD123は、アノード側がトランジスタM123のソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該トランジスタM123のドレイン端子に電気的に接続される。
トランジスタM121のドレイン端子と、トランジスタNM111のドレイン端子と、の間は電気的に接続されている。また、トランジスタM123のドレイン端子と、トランジスタNM113のドレイン端子と、の間は電気的に接続されている。なお、第2の構成例に係る起動回路130においては、トランジスタM121及びM123が、それぞれ「第3のMOSトランジスタ」及び「第4のMOSトランジスタ」の一例に相当する。
また、トランジスタM121及びM123のそれぞれは、ソース端子が、電流源回路200のトランジスタM105のドレイン端子側から分岐した信号線に電気的に接続されている。また、トランジスタM109のドレイン端子側が、カレントミラー回路を構成するトランジスタM121及びM123のそれぞれのゲート端子に対して電気的に接続されている。即ち、トランジスタM109のドレイン端子と、トランジスタNM111のドレイン端子と、の間が電気的に接続されることとなる。
ここで、起動回路130の動作、即ち、電流源回路200の起動に係る動作について説明する。
電源電圧VDDが投入されると、起動回路130がオン状態となり、電流源回路200から起動回路130にむけて引き抜かれるように起動電流ISTUPが流れる。具体的には、トランジスタM105のドレイン端子側から、トランジスタM121及びM123それぞれのソース端子に向けて起動電流ISTUPが流れる。このとき、電源電圧VDDの電圧値の上昇に伴い、起動電流ISTUPの電流値が上昇し、当該起動電流ISTUPの電流値の上昇に伴い、ノードNVGP1の電位(即ち、トランジスタM121及びM12 のゲート電圧)が上昇する。そして、トランジスタM121及びM123のそれぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分上回ると、当該トランジスタM121及びM123それぞれが導通状態に遷移し、電源電圧VDDの上昇が停止する。
トランジスタM121及びM123それぞれが導通状態に遷移すると、上記起動電流I STUPに応じたドレイン電流が、トランジスタM121のドレイン端子からトランジスタNM121に流れ込む。また、このときトランジスタM121及びM123により構成されるカレントミラー回路により、上記ドレイン電流が複製された電流が、トランジスタNM123のドレイン端子側に向けて流入する。
なお、前述したようにトランジスタNM113のゲート端子とドレイン端子とは電気的に接続されており、当該トランジスタNM113のドレイン端子側に流入した上記電流がノードNVGN1(即ち、トランジスタNM111及びNM113それぞれのゲート端子)に供給される。このような構成により、トランジスタNM111及びNM113それぞれのゲート電圧(即ち、ノードNVGN1の電位)は、トランジスタNM111の閾値電圧に応じた電圧に制御される。本動作については、図7及び図8を参照して説明した第1の構成例に係る起動回路110と同様である。
電流源回路200において、トランジスタM107が導通状態に遷移すると、当該トランジスタM107のドレイン端子側と電気的に接続されたノードNVGNの電位が上昇し、当該電位の上昇に連動して、ノードNVGPの電位(即ち、トランジスタM105、M 107、及びM109のゲート電圧)が下降する。また、ノードNVGNの電位の上昇に伴い、トランジスタM101及びM103が導通状態に遷移し、ノードNVGNの電位の上昇と、ノードNVGPの電位の下降とが停止する。以上により、電流源回路200の起動が完了し、当該電流源回路200を構成するトランジスタM101、M103、M10 、M107、及びM109それぞれのソース-ドレイン間に信号(ドレイン電流)が流れることとなる。
電流源回路200の起動が完了すると、トランジスタM109のソース-ドレイン間を伝達される信号が、バイアス電流IBIASとしてノードNVGP1(即ち、トランジスタM121及びM123それぞれのゲート端子)に供給される。これにより、トランジスタM121及びM123それぞれのゲート端子の電位が上昇するため、当該ゲート端子に電気的に接続されたトランジスタNM111のドレイン端子の電位についても上昇する。このとき、トランジスタM105とトンランジスタM109とのアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM111のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM111のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM111のドレイン電圧(即ち、トランジスタM121及びM123それぞれのゲート電圧)を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。
そして、トランジスタM121及びM123それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分下回ると、当該トランジスタM121及びM123のそれぞれが非導通状態に遷移する。このとき、トランジスタM121及びM123のソース端子側とドレイン端子側との間の電位差は、ダイオードD121及びD123それぞれのアノード側とカソード側との間の電位差に相当することとなる。なお、ダイオードD121及びD123それぞれは、アノード側が、電流源回路200のトランジスタM109のドレイン端子側に電気的に接続されており、カソード側が、当該電流源回路200のトランジスタM10 のドレイン端子側に電気的に接続されている。そのため、ダイオードD121及びD 23それぞれにおいて、バイアス電流IBIASの供給に伴いカソード側の電位が上昇すると、アノード側とカソード側との電位差がより小さくなり、起動電流ISTUPの流れが制限される。そして、ダイオードD121及びD123それぞれにおいて、カソード側の電位がアノード側の電位(換言すると、ノードNVGPの電位)よりも上昇すると、当該ダイオードD121及びD123のそれぞれに逆バイアスがかかる。即ち、電流源回路200から起動回路130への起動電流ISTUPの流れが遮断され、起動回路130がオフ状態に遷移する。
以上、図12を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の第3の構成例について説明した。
<3.5.補足>
第1の構成例~第3の構成例として上述した構成はあくまで一例であり、図6を参照して説明した動作原理を実現可能であれば、本開示の一実施形態に係る起動回路の回路構成は限定されない。具体的な一例として、第3の構成例に係る起動回路130において、第2の構成例に係る起動回路120と同様に、トランジスタNM113のソース端子とグランドとの間に、当該起動回路120におけるトランジスタNM115に相当する構成を介在させてもよい。このように、図6を参照して説明した動作原理の基本思想を逸脱しない範囲で、本開示の一実施形態に係る起動回路の回路構成が適宜変更されてもよい。
<<4.むすび>>
以上説明したように、本開示の一実施形態に係る起動回路は、閾値電圧が0V近傍であるN型の第1のMOSトランジスタと、第1のMOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、を備える。このような構成の基で、上記制御回路による上記ゲート電圧の制御に応じて、駆動対象となる装置に伝達される当該装置を起動させるための起動電流の量が制御される。より具体的には、制御回路は、上記第1のMOSトランジスタの閾値電圧に応じて、当該第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御する。
このような構成により、本開示の一実施形態に係る起動回路に依れば、上記第1のMOSトランジスタの閾値電圧のばらつきの影響をより低減し、ひいてはソース電圧やドレイン電流の変動をより抑制することが可能となる。即ち、当該ドレイン電流に応じて、駆動対象となる装置に伝達される起動電流の量についても制御されることとなる。このように、本開示の一実施形態に係る起動回路に依れば、起動電流の変動をより抑制することが可能となるため、例えば、駆動対象となる装置の起動時間の変動をより抑制することが可能となる。そのため、例えば、駆動対象となる装置の起動時間に制約があるような状況下においても、起動電流の変動に応じたマージンを考慮した設計に伴う消費電流の増加を抑制することが可能となり、消費電流の設計値をより小さく制限することも可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
閾値電圧が0V近傍であるN型の第1のMOSトランジスタと、
前記第1のMOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、
前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、
を備え、
前記ゲート電圧の制御に応じて、駆動対象となる装置に伝達される当該装置を起動させるための第1の電流の量が制御される、
起動回路。
(2)
前記制御回路は、前記第1のMOSトランジスタの閾値電圧に応じて、当該第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御し、
当該ゲート電圧の制御に応じて、前記第1の電流の量が制御される、
前記(1)に記載の起動回路。
(3)
前記制御回路は、
ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続され、当該ゲート端子が前記第1のMOSトランジスタのゲート端子と電気的に接続された、閾値電圧が0V近傍であるN型の第2のMOSトランジスタと、
P型のMOSトランジスタにより構成されたカレントミラー回路と、
を備え、
前記カレントミラー回路から、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子に対して第2の電流が出力され、
前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子に対して前記第2の電流が複製された第3の電流が出力される、
前記(1)または(2)に記載の起動回路。
(4)
前記カレントミラー回路は、P型の第3のMOSトランジスタ及び第4のMOSトランジスタを備え、
前記第3のMOSトランジスタは、ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されており、当該ドレイン端子が前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子と電気的に接続され、
前記第4のMOSトランジスタは、ドレイン端子が前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子と電気的に接続され、ソース端子がグランドに電気的に接続される、
前記(3)に記載の起動回路。
(5)
前記装置から前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのゲート端子への第4の電流の供給に応じて、前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、
当該ドレイン端子の電位に応じて、前記第1の電流の伝達が制御される、
前記(4)に記載の起動回路。
(6)
前記カレントミラー回路は、P型の第5のMOSトランジスタを含み、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位に応じて、前記第5のMOSトランジスタにより前記第2の電流が複製された電流が、当該第5のMOSトランジスタのドレイン端子から前記装置に対して、前記第1の電流として供給される、
前記(5)に記載の起動回路。
(7)
アノード側が前記第3のMOSトランジスタのソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該第3のMOSトランジスタのドレイン端子電気的に接続された第1のダイオードと、
カソード側が前記第4のMOSトランジスタのソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該第4のMOSトランジスタのドレイン端子電気的に接続された第2のダイオードと、
を備え、
前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれは、バックゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されており、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位に応じて、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのソース端子側への前記第1の電流の引き込みが制御される、
前記(5)に記載の起動回路。
(8)
前記第4のMOSトランジスタのソース端子は、閾値電圧が0V近傍であるN型のN型の第6のMOSトランジスタを介してグランドに電気的に接続される、前記(5)~(7)のいずれか一項に記載の起動回路。
(9)
前記装置は、電流源回路である、前記(5)~(8)のいずれか一項に記載の起動回路。
(10)
前記装置は、セルフバイアス型の電流源回路であり、
前記電流源回路を流れる電流のうちの一部が、前記第4の電流として、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのゲート端子に供給される、
前記(9)に記載の起動回路。
100、110、120、130 起動回路
101 起動電流発生回路
103 ゲート電圧制御回路
200 電流源回路
NM11 N型のMOSトランジスタ
STUP 抵抗

Claims (10)

  1. 閾値電圧が0V近傍であるN型の第1のMOSトランジスタと、
    前記第1のMOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、
    前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、
    を備え、
    前記ゲート電圧の制御に応じて、駆動対象となる装置に伝達される当該装置を起動させるための第1の電流の量が制御される、
    起動回路。
  2. 前記制御回路は、前記第1のMOSトランジスタの閾値電圧に応じて、当該第1のMOSトランジスタのゲート電圧を制御し、
    当該ゲート電圧の制御に応じて、前記第1の電流の量が制御される、
    請求項1に記載の起動回路。
  3. 前記制御回路は、
    ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続され、当該ゲート端子が前記第1のMOSトランジスタのゲート端子と電気的に接続された、閾値電圧が0V近傍であるN型の第2のMOSトランジスタと、
    P型のMOSトランジスタにより構成されたカレントミラー回路と、
    を備え、
    前記カレントミラー回路から、
    前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子に対して第2の電流が出力され、
    前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子に対して前記第2の電流が複製された第3の電流が出力される、
    請求項1または2に記載の起動回路。
  4. 前記カレントミラー回路は、P型の第3のMOSトランジスタ及び第4のMOSトランジスタを備え、
    前記第3のMOSトランジスタは、ゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されており、当該ドレイン端子が前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子と電気的に接続され、
    前記第4のMOSトランジスタは、ドレイン端子が前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子と電気的に接続され、ソース端子が電源電圧に電気的に接続される、
    請求項3に記載の起動回路。
  5. 前記装置から前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのゲート端子への第4の電流の供給に応じて、前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、
    当該ドレイン端子の電位に応じて、前記第1の電流の伝達が制御される、
    請求項4に記載の起動回路。
  6. 前記カレントミラー回路は、P型の第5のMOSトランジスタを含み、
    前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位に応じて、前記第5のMOSトランジスタにより前記第2の電流が複製された電流が、当該第5のMOSトランジスタのドレイン端子から前記装置に対して、前記第1の電流として供給される、
    請求項5に記載の起動回路。
  7. アノード側が前記第3のMOSトランジスタのソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該第3のMOSトランジスタのドレイン端子電気的に接続された第1のダイオードと、
    アノード側が前記第4のMOSトランジスタのソース端子に電気的に接続され、カソード側が当該第4のMOSトランジスタのドレイン端子電気的に接続された第2のダイオードと、
    を備え、
    前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれは、バックゲート端子とドレイン端子とが電気的に接続されており、
    前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子の電位に応じて、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのソース端子側への前記第1の電流の引き込みが制御される、
    請求項5に記載の起動回路。
  8. 前記第のMOSトランジスタのソース端子は、閾値電圧が0V近傍であるN型の第6のMOSトランジスタを介してグランドに電気的に接続される、請求項5から7のいずれか一項に記載の起動回路。
  9. 前記装置は、電流源回路である、請求項5から8のいずれか一項に記載の起動回路。
  10. 前記装置は、セルフバイアス型の電流源回路であり、
    前記電流源回路を流れる電流のうちの一部が、前記第4の電流として、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタそれぞれのゲート端子に供給される、
    請求項9に記載の起動回路。
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