JPH04312107A - 定電圧回路 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に用いられ、またA/D変換器やD/A変換器に必須な
回路である定電圧回路に係り、特に、集積化時に工程常
数の変化及び温度変化による回路の劣化を防止するため
のキャパシタと演算増幅器を備える定電圧回路に関する
。
示すものは、従来用いられてきたバンドギャップリファ
レンス(bandgap reference )回路
であり、この定電圧回路は、抵抗R1,R2,R3 、
トランジスタQ1,Q2 、演算増幅器1、オフセット
電圧VOSを備えている。トランジスタQ1,Q2 は
共にp−n−pトランジスタであり、そのコレクタは常
に負の電源電圧に接続されている。演算増幅器1はCM
OS演算増幅回路で構成されている。 図4AはトランジスタQ1,Q2 の側面図を示す図で
ある。
n− ウェル中にp+ 拡散抵抗として形成されており
、CMOS演算増幅器1はオフセット電圧VOSと共に
無限利得を有するものと仮定する。この仮定は、CMO
S演算増幅器1は通常、有限な利得効果による誤差が無
視できる程度の十分な利得を有しているものであるから
妥当なものである。
1 は因子A程トランジスタQ2 より大きな領域を有
し、その二つは順方向活性領域内にあると仮定すると、
基準出力電圧VREF は下記の式(1)式で与えられ
る。
ミッタ−ベース間電圧、△VBEはトランジスタQ1
とQ2のエミッタ−ベース間電圧の差、VOSは演算増
幅器1の入力オフセット電圧である。なお、因子Aはト
ランジスタQ1 に流れる電流I1 がトランジスタQ
2 に流れる電流I2 の何倍流れるかを示すものであ
り、I1 がI2 の3倍流れる場合にはA=3となる
。そして、トランジスタQ1 で電流I1 が流れるこ
とができる面積は、トランジスタQ2 で電流I2 が
流れることができる面積よりA倍程大きくなり、トラン
ジスタQ1 の抵抗はトランジスタQ2 の抵抗の1/
Aになり、従ってトランジスタQ1 の電流I1 はト
ランジスタQ2 の電流I2よりA倍程大きくなるもの
である。
的なバイポーラトランジスタにより影響を受ける。この
とき、トランジスタQ1 のエミッタ−ベース間電圧V
BEは下記の(2)式の通りである。
1 はトランジスタQ1 のエミッタ電流、IS1はト
ランジスタQ1 の飽和電流、β1 はトランジスタQ
1 の電流利得、rb はトランジスタQ2 の有効直
流ベース抵抗である。なお、lnは自然対数を示すこと
は言うまでもない。式(2)において右辺の第2番目の
項は、コレクタ電流がエミッタ−ベース間電圧のウェル
−限定機能を果たす間、この回路がエミッタ電流により
電流が感知され制御される事実からの結果であり、式(
2)の右辺の第3番目の項は限定された直流ベース抵抗
での電圧降下によるものである。
タ−ベース間電圧の差異△VBEは下記の式(3)で与
えられる。
ミッタ電流、β2 はトランジスタQ2 の電流利得で
ある。
として用いられるならば、厳密にいえばその基準手段は
無限電流利得と、ベース抵抗零を有するのが理想的であ
る。そして、もしこれらのトランジスタのエミッタ電流
が実質的に同一であれば、式(2)、(3)の第1番目
の項は零ではない。
比較的悪い性能のために、これらの項は基準回路の動作
に至大な影響を及ぼす。出力における演算増幅器1のオ
フセット電圧の存在は通常10倍程度の利得要因(1+
R2/R1)により増加され、且つ重要な誤差になる。 更に、温度の変化による電流I1,I2 の変化も注意
深く考慮されなければならない。
数で再生産されることができない最も大きな誤差要因(
error source)である。
零である温度係数が与えられて決定される出力電圧で調
整される。
あると仮定すれば、5mVのオフセット電圧による温度
係数誤差は下記の式(4)の通り与えられる。
よって変われば、基準出力電圧VREF も温度によっ
て変化するようになり、MOS工程でこの回路を集積化
すれば、バイポーラ工程で集積化するときより大きな値
のオフセット電圧が発生するようになって悪い影響を及
ぼす。
回路では、トランジスタQ1,Q2 は演算増幅器2の
二つの入力端子に接続されている。演算増幅器2の非反
転入力端子に接続されているトランジスタQ1 はデプ
レッション(depletion )型であり、反転入
力端子に接続されているトランジスタQ2 はエンハン
スメント(enhancement )型である。基準
電圧VREF は二つのN−チャンネルMOSFETの
ゲート−ソース電圧間の差異により発生される。これら
のトランジスタの一方はエンハンスメントディバイスで
あり、他方はデプレッションディバイスであって、イオ
ン注入により調整されるオフセット電圧を有する。更に
、二つのMOSFETは飽和電流条件を満足するように
バイアスされる。このとき、この基準定電圧回路の主要
変化は温度に対するオフセット電圧の変化により生じる
ため、基準電圧VREF は両トランジスタの閾電圧値
により決定されるといえる。
に調整することは困難であるため、基準電圧VREF
を正確に調整することが難しいという問題があった。
ものであって、キャパシタを演算増幅器を一つの入力端
子に接続し、演算増幅器の出力端子と他の入力端子を互
いに接続して、当該演算増幅器の出力がキャパシタに充
電された電圧になるよう構成することを特徴とする。
電圧値VREF で充電される。充電されたキャパシタ
は演算増幅器の非反転端子に接続される。また、演算増
幅器の出力はフィードバックされて反転端子に接続され
る。 従って演算増幅器の出力端にはキャパシタで充電された
電圧VREF が出力される。
ティングゲートと第二ポリ層である制御ゲートの間に絶
縁層を形成するダブルポリモス工程で形成され、フロー
ティングゲートと制御ゲートは互いにバンプ状に形成さ
れるので、キャパシタの電荷量Qは温度による変化がな
いため、温度によって基準電圧VREF が変化するの
を防止して、演算増幅器の入力オフセット電圧がそのま
ま基準電圧VREF に表れるから、従来のバンドギャ
ップリファレンス回路に比べて演算増幅器入力オフセッ
ト電圧の影響が大いに減少し、工程の変化による工程常
数の温度の変化に対する回路特性の劣化を防止すること
ができる。
図であり、図中、3は演算増幅器、4はキャパシタを示
す。図1において、キャパシタ4はこの定電圧回路で得
ようとする基準電圧値VREF で充電されている。こ
のときキャパシタ4の容量をCREF とすれば、充電
によって蓄積される電荷量Qは下記の式(5)で表され
る。 Q=CREF×VREF
…(5)充電されたキャパシタ4は演算増
幅器3の非反転端子に接続され、演算増幅器3の出力端
子は反転端子に接続されているので、演算増幅器3の出
力端にはキャパシタ4で充電された電圧VREF が出
力される。
量Qが時間によって減少及び増加がないよう製作されな
ければならないが、そのための構成を図2に示す。図2
に示す構造は、E2PROM で主に用いられているト
ランジスタの構造であって、p− 型基板上に製作され
、ソースとドレインはn+ 型である。キャパシタはダ
ブルポリMOS(double Poly MOS )
工程で形成され、フローティングゲートと制御ゲートと
の間に絶縁層を形成し、フローティングゲートは第1ポ
リ層(polylayer)で、制御ゲートは第2ポリ
層で具現される。
り合う部分において、フローティングゲート及び制御ゲ
ートの形状はバンプ(bump)状になされている。こ
れは、これら二つのゲート間の電界を増加させて、トン
ネリング電圧を減少させるためである。更に、トンネリ
ング電圧はバンプの数が増加するほど減少する。
は、制御ゲートに加えられる外部電圧Vprogにより
調整される。フローティングゲートとソース間にかかる
電圧Vfs(図示せず)は初期にはフローティングゲー
トと制御ゲート間のキャパシタ容量とフローティングゲ
ートと基板間のキャパシタ容量比により決定されるが、
フローティングゲートと制御ゲートにかかる電圧がトン
ネリングを起こすに充分な電圧になり始めると、電圧V
fsは指数関数的に変化するようになる。
る電荷量は電圧Vprogの大きさとパルス幅、そして
パルスの数により調整できる。フローティングゲートに
充電された電荷はゲート特性上時間による変化がないた
め、本発明で必要とするキャパシタとして用いることが
できる。
を示す図である。
、図2Aは平面図、図2Bは断面図を示す。
構成例を示す図である。
示す図、図4Bは式(1)の値に影響を及ぼす非理想的
なバイポーラトランジスタ回路の構成を示す図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 充電されたキャパシタを演算増幅器の
入力の一端に連結し、演算増幅器の入力の他端と出力の
一端を互いに連結して演算増幅器の出力電圧がキャパシ
タに充電された電圧になるよう構成されることを特徴と
する定電圧回路。 - 【請求項2】 前記キャパシタの充電された電荷量は
時間によって一定になるよう構成されることを特徴とす
る請求項1記載の定電圧回路。 - 【請求項3】 前記キャパシタは第一ポリ層であるフ
ローティングゲートと第二ポリ層である制御ゲートの間
に絶縁層を形成するダブルポリMOS工程からなること
を特徴とする請求項1記載の定電圧回路。 - 【請求項4】 第一ポリ層であるフローティングゲー
トと第二ポリ層である制御ゲートは互いにバンプ状に形
成されることを特徴とする請求項3記載の定電圧回路。
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