JPH03282803A - Voltage clamping circuit - Google Patents

Voltage clamping circuit

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JPH03282803A
JPH03282803A JP8420790A JP8420790A JPH03282803A JP H03282803 A JPH03282803 A JP H03282803A JP 8420790 A JP8420790 A JP 8420790A JP 8420790 A JP8420790 A JP 8420790A JP H03282803 A JPH03282803 A JP H03282803A
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Abstract

PURPOSE:To stably clamp a voltage by inverting the output of a comparator to drive a metal-insulator semiconductor field effect transistor (MIS FET) for short-circuit and positively using the supply voltage dependence of the comparator output. CONSTITUTION:The gate of a MIS FET M19 for short-circuit is driven by the output of an added inverter i1, and the gate of a MIS FET M18 is connected to point B1 of a differential circuit. The inverter I1 is added to eliminate the positive dependence of the clamp voltage, and the output from a differential amplifying circuit is inverted to eliminate the abuse due to insertion of the inverter I1. Thus, the voltage is stably clamped.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はMISFET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)を用いた電圧クランプ回路に関し、特に太陽電池
等の非レギュレーション電源から得られるIC用電源電
圧をクランプする電圧クランプ回路に間する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage clamp circuit using a MISFET (insulated gate field effect transistor), and in particular, to a voltage clamp circuit using a MISFET (insulated gate field effect transistor), and in particular to a voltage clamp circuit using a MISFET (insulated gate field effect transistor). Connect the voltage to the clamp circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第4図は電圧クランプ回路9従来例の回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional voltage clamp circuit 9.

本従来例は、非レギュレーション電源である太陽電池P
1の出力を半導体集積回路装置Llの負電源として利用
する場合に、太陽電池PIの出力(一般に、定電流出力
とみなすことができる)により得られる負電圧−vss
tが下がりすぎないようにクランプするものである。な
お、第4図中、太陽電池Piの出力端と半導体集積回路
装MLlとの間には逆流防止用のダイオードD1が設け
られているため、負電圧−VSSIと半導体集積回路装
置L1に供給される負電圧−VSS2とは分離された形
態となっているが、負電圧−VSSIが大幅に上昇した
場合には、その影響を受けて負電圧−VSS2も上昇す
るという間係かあり、負電圧−VSS 1の大幅な変動
を防1卜することは、結果的に負電圧−VSS2の変動
を防1卜することになる。また、負電圧−VSS2とグ
ランド(正電源)との間には、電圧保持用コンデンサC
1が設けられている。
This conventional example uses a solar cell P which is a non-regulated power source.
When the output of 1 is used as a negative power supply of the semiconductor integrated circuit device Ll, the negative voltage -vss obtained by the output of the solar cell PI (which can generally be considered as a constant current output)
This is to clamp so that t does not fall too low. In addition, in FIG. 4, since a diode D1 for backflow prevention is provided between the output terminal of the solar cell Pi and the semiconductor integrated circuit device MLl, the negative voltage -VSSI is supplied to the semiconductor integrated circuit device L1. It is separated from the negative voltage -VSS2, but if the negative voltage -VSSI increases significantly, the negative voltage -VSS2 will also increase due to the influence. Preventing large fluctuations in -VSS1 results in preventing fluctuations in negative voltage -VSS2. In addition, a voltage holding capacitor C is connected between the negative voltage -VSS2 and the ground (positive power supply).
1 is provided.

次に、本従来例の構成を説明する。Next, the configuration of this conventional example will be explained.

本従来例は、デジタル入力Sit〜Sinにより決定さ
れる分圧比に従って負電圧−VSS2を分圧して出力す
るトリミング回路Tlと、このトリミング回路T1の分
圧出力を入力とするコンパレータ1cl−、ショート用
X イ”t + ングMIS FET N19 トチ構
成されている。コンパレータ1dは、差動対をなすエン
ハンスメント型PMIS FET N13およびデイプ
レッション型PMIS FET N14と、この差動対
の能動負荷となるカレントミラーを構成するをNMIS
 FET N15.Mlflと、定電流源回路を構成す
るPMIS FETMll、N12 、定電流源Jlと
、反転増幅回路を構成するPMIS FET N17、
NMIS FET N18とで構成されている。
This conventional example includes a trimming circuit Tl that divides and outputs a negative voltage -VSS2 according to a voltage division ratio determined by digital inputs Sit to Sin, a comparator 1cl- that receives the divided voltage output of this trimming circuit T1, and a comparator 1cl- for shorting. The comparator 1d consists of an enhancement type PMIS FET N13 and a depletion type PMIS FET N14 forming a differential pair, and a current mirror serving as an active load of this differential pair. Configure NMIS
FET N15. Mlfl, PMIS FET Mll, N12 which constitutes a constant current source circuit, constant current source Jl, PMIS FET N17 which constitutes an inverting amplifier circuit,
It is composed of NMIS FET N18.

本従来例の動作を説明する。The operation of this conventional example will be explained.

負電圧−VSS 1が大幅に低下した場合、lllOs
 FETのゲート・ソース間電圧は定電圧特性を示すた
めに差動増幅回路の衝動負荷を構成するNMOS FE
T N15、N113のゲート電圧も低下し、出力段の
NMOS FETM18のゲート電圧が低下し、この結
果、ショート用NMOS FET N19のゲート電圧
が上昇してこのNMOSFETl11がオンし、−VS
SIの大幅な低下を補償する。
If the negative voltage −VSS 1 drops significantly, lllOs
Since the gate-source voltage of the FET exhibits constant voltage characteristics, the NMOS FE constitutes the impulse load of the differential amplifier circuit.
The gate voltage of T N15 and N113 also decreases, and the gate voltage of NMOS FET M18 in the output stage decreases. As a result, the gate voltage of short NMOS FET N19 increases, turning on this NMOS FET l11, and -VS
Compensate for the significant drop in SI.

この負帰還作用によってクランプされたときの−VSS
I (−VSS2)は、エンハンスメント型PIIII
SFET N13のスレシ覆−ルド電圧をVTEとし、
デイプレッション型PMIS FET N14のスレシ
ョールド電圧をVTDとし、トリミング回路Tlの分圧
比をαとすると、 VTE−VTD −VSSI (−VSS2)= と表わされる。すなわち、電圧クランプされた状態では
、差動対をなすPMIS FET N13とN14はバ
ランスしており、このようなバランス状態が実現される
のは、差動対をなす両トランジスタのスレショールド電
圧の差分がトリミング回路から出力されている場合であ
り、これより上式の関係式が導出される。
-VSS when clamped by this negative feedback effect
I (-VSS2) is enhancement type PIII
Let the threshold voltage of SFET N13 be VTE,
When the threshold voltage of the depletion type PMIS FET N14 is VTD and the voltage division ratio of the trimming circuit Tl is α, it is expressed as VTE-VTD-VSSI (-VSS2)=. In other words, in a voltage clamped state, PMIS FETs N13 and N14 forming a differential pair are balanced, and such a balanced state is achieved by adjusting the threshold voltages of both transistors forming a differential pair. This is a case where the difference is output from the trimming circuit, from which the above relational expression is derived.

なお 実際には、コンパレータの応答スピードが有限で
あることより、クランプ電圧は上述の式により定まる理
想値より低下するが、電圧保持用コンデンサCIの容量
を大きくすることやコンパレータの動作速度を向上させ
るショート用NMISFET N19のショート能力を
増大させる等の手段により、はぼ問題のない値にクラン
プできる。
In reality, since the response speed of the comparator is finite, the clamp voltage will be lower than the ideal value determined by the above formula, but it is possible to increase the capacity of the voltage holding capacitor CI and improve the operating speed of the comparator. By increasing the shorting capability of NMISFET N19 for shorting, it is possible to clamp the voltage to a value that does not cause any problems.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来のMIS FETを用いたクランプ回路は
、十分ショート能力のあるNNl5 FET N19が
−Hオンすると、低下した負電圧−VSS lの補償範
囲を超えて、大幅に電圧が上昇してしまう場合があり(
すなわち、グランドレベルに近づき1、このような場合
には、クランプ回路が誤動作して、かえってこの電位上
昇を助長させるという問題点がある。
In the conventional clamp circuit using the MIS FET described above, when the NNl5 FET N19, which has sufficient short-circuiting ability, turns on -H, the voltage will rise significantly beyond the compensation range of the reduced negative voltage -VSSl. There is (
In other words, if the potential approaches the ground level 1, there is a problem in that in such a case, the clamp circuit malfunctions and this potential rise is accelerated.

この問題点が生じる理由を第4図、第5図を用いて説明
する。
The reason why this problem occurs will be explained using FIGS. 4 and 5.

太陽電池Piからの過度の充電により負電圧−VSSI
がクランプ電圧以下になり、ショート用NMISFET
 N19がオンし、この後、オフ状態へ移行する場合を
考える。負電圧−VSSIが過度に上昇しなければ、出
力段を構成するNMIS FET N18の電流能力は
、領和領域においてPMIS FET N17の電流能
力より大きいため、ショート用NIS FET Mll
?のゲートはローレベルとなってこれがオフし、負電圧
−vsstは、はぼクランプレベルとなる。ところがシ
ョートの結果、負電圧−VSSIの電圧が大幅に上昇し
てしまうと、NMIS FET N18のソース電位も
これに伴なって上昇し、一方、差動回路のカレントミラ
ー負荷を構成tルNMIs FET 115.MlB(
7)ケ−)電位も同様に上昇する。しかし、デイプレッ
ション型PMIS FET 14は3極管領域にはいっ
ているため、A1点の電位はほとんど変動せず、この結
果、NMIS FET旧8のゲート・ソース間電圧が減
少して、オフ状態となる。すると、PMIS FET 
Ml?の出力電流によりNMIS配下[19のゲートが
駆動され オン状態が維持されクランプ電圧はグランド
側へ犬きくシフトしてしまう、このように、コンパレー
タ1の出力は電源電圧に対して正の依存性を有する。こ
の関係を図示すると第5図のようになる。
Negative voltage -VSSI due to excessive charging from solar cell Pi
becomes below the clamp voltage, and the NMISFET for shorting
Consider a case where N19 turns on and then shifts to the off state. If the negative voltage -VSSI does not rise excessively, the current capacity of the NMIS FET N18 that constitutes the output stage is larger than the current capacity of the PMIS FET N17 in the sum region, so the short-circuit NIS FET Mll
? The gate of becomes low level and turned off, and the negative voltage -vsst almost becomes the clamp level. However, as a result of the short circuit, when the negative voltage -VSSI voltage increases significantly, the source potential of NMIS FET N18 also increases accordingly, and on the other hand, the NMIS FET that forms the current mirror load of the differential circuit 115. MlB(
7) C) The potential also rises in the same way. However, since the depletion type PMIS FET 14 is in the triode region, the potential at point A1 hardly changes, and as a result, the gate-source voltage of the old NMIS FET 8 decreases, causing it to turn off. Become. Then, PMIS FET
Ml? The output current of comparator 1 drives the gate of NMIS [19], which maintains the on state, and the clamp voltage shifts sharply towards the ground side.In this way, the output of comparator 1 has a positive dependence on the power supply voltage. have This relationship is illustrated in FIG. 5.

帽1を幇決するための手段〕 本発明の電圧クランプ回路は、スレショールド電圧が異
なる2個の第1導電型NIS FETからなる差動対と
、該差動対の共通ソースと第1の電源との間に接続され
た電流源と、該差動対をなす第1導電型MIS FET
のドレインと第2の電源との間に接続された負荷素子と
、該負荷素子と前記第1導電型NIS FETとの共通
接続点から得られる信号を入力とし、前記第1および第
2の電源を動作電源とする反転増幅回路と、該反転増幅
回路の出力を入力とするインバータとからなるコンパレ
ータと、該コンパレータを構成する前記インバータの出
力をゲート入力電圧とし、前記第1および第2の電源間
に設けられた第2導電型NIS FETとを有している
The voltage clamp circuit of the present invention comprises a differential pair consisting of two first conductivity type NIS FETs having different threshold voltages, a common source of the differential pair, and a first conductivity type NIS FET. a current source connected between a power source and a first conductivity type MIS FET forming the differential pair;
and a signal obtained from a common connection point between the load element and the first conductivity type NIS FET, and a load element connected between the drain of the first conductivity type NIS FET and the second power supply. a comparator consisting of an inverting amplifier circuit whose operating power supply is an inverting amplifier circuit, an inverter whose input is the output of the inverting amplifier circuit, the output of the inverter constituting the comparator being the gate input voltage, and the first and second power supplies and a second conductivity type NIS FET provided therebetween.

〔作 用〕[For production]

コンパレータ出力をインバータで反転し、この反転出力
でショート用にIs FETを駆動することにより、ク
ランプ電圧の電源電圧依存性を排除できる。
By inverting the comparator output with an inverter and driving the Is FET for shorting with this inverted output, the dependence of the clamp voltage on the power supply voltage can be eliminated.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の電圧クランプ回路の一実施例の回路図
、第2図は本実施例の動作を説明するための図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the voltage clamp circuit of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of this embodiment.

本実施例が第4図の従来例と異なる点は。This embodiment differs from the conventional example shown in FIG.

ショート用MIS FET Mll3のゲートが、新た
に付加されたインバータエ1の出力により駆動される点
およびNMIS FET18のゲートが差動回路のB1
点に接続されている点である。インバータIfを付加す
ることにより本実施例の特性は第2図に示すように第5
図と逆となり、クランプ電圧の正の依存性がなくなる。
The gate of short MIS FET Mll3 is driven by the output of newly added inverter E1, and the gate of NMIS FET18 is driven by B1 of the differential circuit.
A point connected to a point. By adding the inverter If, the characteristics of this embodiment are changed to 5 as shown in FIG.
This is the opposite of the figure, and the positive dependence on the clamp voltage disappears.

また、差動増幅回路からの出力取出を逆転させることに
より、インバータIIを挿入したことによる弊害を除去
できる。
Further, by reversing the output output from the differential amplifier circuit, the adverse effects caused by inserting the inverter II can be eliminated.

第3図は本発明の電圧クランプ回路の他の実施例の回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the voltage clamp circuit of the present invention.

木実織細は第1図のMIS )ランジスタの導電型な逆
にした回路であり、第1図の実施例と同様の効果が得ら
れる。
The nut weave is an inverted circuit of the conductivity type of the MIS transistor shown in FIG. 1, and the same effect as the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、コンパレータ出力を反転
してショート用MIS FETを駆動し、コンパレータ
出力の電源電圧依存性を積極的に利用することにより、
電圧クランプを安定に行なうことができる効果がある。
As explained above, the present invention inverts the comparator output to drive the shorting MIS FET, and actively utilizes the power supply voltage dependence of the comparator output.
This has the effect of stably performing voltage clamping.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の電圧クランプ回路の一実施例の回路図
、第2図は本実施例の動作を説明するための図、第3図
は本発明の電圧クランプ回路の他の実施例の回路図、第
4図は従来例の回路図、第5図は従来例の動作を説明す
るための図である。 la、1b、1d・・・・・・コンパレータ。 Pi・・・・・・・・・・・・太陽電池、L 1・・・
・・・・・・・・・LSI。 T1・・・・・・・・・・・・トリミング回路、C1・
・・・・・・・・・・・保持コンデンサ、Jl・・・・
・・・・・・・・定電流源、Il・・・・・・・・・・
・・インバータ、Mll、M121M17.M13  
・・・・・・エンハンスメント型PMIS M14・・・・・・・・・・・・デイプレッション型P
MISM15.MlB、MlB・・・・・・ FET、 FET、 エンハンスメント型NMIS FET、 [19・・・・・・・・・・・・ショート用NMISF
ET。
FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the voltage clamp circuit of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of this embodiment, and FIG. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the voltage clamp circuit of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional example, and FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the conventional example. la, 1b, 1d... Comparators. Pi・・・・・・・・・・・・Solar cell, L 1...
......LSI. T1・・・・・・・・・Trimming circuit, C1・
・・・・・・・・・Holding capacitor, Jl・・・・
・・・・・・・・・Constant current source, Il・・・・・・・・・・
...Inverter, Mll, M121M17. M13
・・・・・・Enhancement type PMIS M14・・・・・・・・・Depression type P
MISM15. MlB, MlB...FET, FET, enhancement type NMIS FET, [19......NMISF for shorting
E.T.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、スレショールド電圧が異なる2個の第1導電型MI
SFETからなる差動対と、該差動対の共通ソースと第
1の電源との間に接続された電流源と、該差動対をなす
第1導電型MISFETのドレインと第2の電源との間
に接続された負荷素子と、該負荷素子と前記第1導電型
MISFETとの共通接続点から得られる信号を入力と
し、前記第1および第2の電源を動作電源とする反転増
幅回路と、該反転増幅回路の出力を入力とするインバー
タとからなるコンパレータと、該コンパレータを構成す
る前記インバータの出力をゲート入力電圧とし、前記第
1および第2の電源間に設けられた第2導電型MISF
ETとを有する電圧クランプ回路。
1. Two first conductivity type MIs with different threshold voltages
A differential pair consisting of SFETs, a current source connected between a common source of the differential pair and a first power source, and a drain of a first conductivity type MISFET forming the differential pair and a second power source. an inverting amplifier circuit whose input is a load element connected between the two and a signal obtained from a common connection point between the load element and the first conductivity type MISFET, and whose operating power supplies are the first and second power supplies; , a comparator consisting of an inverter whose input is the output of the inverting amplifier circuit, and a second conductivity type provided between the first and second power supplies, the gate input voltage being the output of the inverter constituting the comparator. MISF
A voltage clamp circuit with ET.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007087091A (en) * 2005-09-21 2007-04-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Overcurrent detecting circuit and circuit generating reference voltage
JP2008234015A (en) * 2007-03-16 2008-10-02 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Overcurrent detection circuit, dc-dc converter and overcurrent detection method

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