JPH06101534B2 - 半導体集積回路の内部電源電圧発生回路 - Google Patents

半導体集積回路の内部電源電圧発生回路

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JPH06101534B2
JPH06101534B2 JP60176331A JP17633185A JPH06101534B2 JP H06101534 B2 JPH06101534 B2 JP H06101534B2 JP 60176331 A JP60176331 A JP 60176331A JP 17633185 A JP17633185 A JP 17633185A JP H06101534 B2 JPH06101534 B2 JP H06101534B2
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和民 有本
博司 宮本
通裕 山田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路において、外部電源をもと
にチップ上で内部電源電圧を発生させる回路に関するも
のである。
〔従来の技術〕
第3図は従来の抵抗分割による、内部電源電圧を発生さ
せる回路を示す。図において、8は抵抗値R8を有する抵
抗で、一端は正の外部電源Vccに接続され、他端はノー
ドN8に接続されている。9は抵抗値R9を有する抵抗で、
一端はノードN8に接続され、他端はグランド端子に接続
されている。ノードN8の出力であるV1には、 という電圧が発生し、これを内部電源電圧として使用す
る。今簡単のため、R8=R9とすると、V1には、 の電圧が発生する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の内部電源電圧発生回路においては、常に抵抗8及
び9を介して、外部電源Vccからグランド端子に電流が
流れており、消費電力が大きくなるという欠点がある。
さらには、この消費電力を小さくしようとして、抵抗8
及び9の抵抗値R8及びR9を大きくすると、ノードN8の出
力インピーダンスが高くなり、ノードN8から大電流をと
り出せなくなるという欠点がある。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、低消費電力で、かつ、出力インピーダンスの
低い内部電源電圧を発生できる回路を得ることを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る内部電源電圧発生回路は、第1の基準電
圧に対してレベルシフトした電圧を発生する第1,第2の
基準電圧発生回路と、その各々の出力で制御されるNチ
ャンネルMOSトランジスタ及びPチャンネルMOSトランジ
スタからなる出力段とで構成したものである。
〔作用〕
この発明による内部電源電圧発生回路では、上記のよう
に構成することにより、第1,第2の基準電圧発生回路に
より定常電流を低く抑え、かつ出力段からの出力が所定
の内部電源電圧からずれた場合には該出力段のNおよび
PチャンネルMOSトランジスタの一方が導通,他方が非
導通となってその出力を所定値に戻すように働くから出
力インピーダンスが低く、取り出し電力を高くすること
ができる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
この発明は、NチャンネルMOSトランジスタと、Pチャ
ンネルMOSトランジスタの両方を用いたC−MOS回路によ
く適用されるものであるので、以下これを用いて説明す
る。第1図は、この発明の一実施例による半導体集積回
路の内部電源電圧発生回路を示し、図において、3は第
1の基準電圧発生回路で、抵抗1と2、及びNチャンネ
ルMOSトランジスタQ1とQ2で構成されている。
1は抵抗値R1を有する抵抗で、一端はVccに接続され、
他端はノードN1に接続されている。Q1はNチャンネルMO
Sトランジスタで、そのゲートどドレインはノードN1に
接続され、ソースはノードN2に接続されている。Q2はN
チャンネルMOSトランジスタで、そのゲートとドレイン
はノードN2に接続され、ソースはノードN3に接続されて
いる。2は抵抗値R2を有する抵抗で、一端はノードN3に
接続され、他端はグランド端子に接続されている。
6は第2の基準電圧発生回路で、抵抗4と5及びPチャ
ンネルMOSトランジスタQ3とQ4で構成されている。
4は抵抗値R4を有する抵抗で、一端はVccに接続され、
他端はノードN4に接続されている。Q3はPチャンネルMO
Sトランジスタで、そのドレインはノードN4に接続さ
れ、ゲートとソースはノードN5に接続されている。Q4は
PチャンネルMOSトランジスタで、そのドレインはノー
ドN5に接続され、ゲートとソースはノードN6に接続され
ている。5は抵抗値R5を有する抵抗で、一端はノードN6
に接続され、他端はグランド端子に接続されている。
7は内部電源電圧出力段でNチャンネルMOSトランジス
タQ5と、PチャンネルMOSトランジスタQ6から構成され
ている。Q5はNチャンネルMOSトランジスタで、そのゲ
ートはノードN1に接続され、ドレインはVccに接続さ
れ、ソースはノードN7に接続されている。Q6はPチャン
ネルMOSトランジスタで、そのゲートはノードN6に接続
され、ドレインはノードN7に接続され、ソースはグラン
ド端子に接続されている。
上記のように構成された内部電源電圧を発生させる回路
は、次のように動作する。
第1の基準電圧発生回路3において、R1=R2として、N
チャンネルMOSトランジスタQ1とQ2に同じ特性を持つト
ランジスタを使用すると、ノードN2の電位は1/2Vccとな
る。R1及びR2の値を大きくしてVccとグランド端子の間
にわずかの電流が流れるようにすると、ノードN1には、
ノードN2に対して、NチャンネルMOSトランジスタの閾
値電圧VTHN分だけ高い電圧が発生する。すなわち、ノ
ードN1には1/2Vcc+VTHNの電位が発生する。
第2の基準電圧発生回路6において、R4=R5としてPチ
ャンネルMOSトランジスタQ3とQ4に、同じ特性を持つト
ランジスタを使用すると、ノードN5の電位は1/2Vccとな
る。R4及びR5の値を大きくしてVccとグランド端子の間
にわずかの電流が流れるようにすると、ノードN6にはノ
ードN5に対してPチャンネルMOSトランジスタの閾値電
圧|VTHP|分だけ低い電圧が発生する。すなわち、ノー
ドN6には、1/2Vcc−|VTHP|の電圧が発生する。
内部電源電圧出力段7を構成するNチャンネルMOSトラ
ンジスタQ5のゲートにはノードN1が接続されているの
で、1/2Vcc+VTHNの電圧が印加されている。トランジ
スタQ5は5極管領域で動作しているので、そのソースで
あるノードN7にはゲート電圧からVTHNだけ低い電圧が
発生する。すなわち となる。
一方、内部電源電圧出力段7を構成するPチャンネルMO
SトランジスタQ6のゲートには、ノードN6が接続されて
いるので、1/2Vcc−|VTHP|の電圧が印加されている。
トランジスタQ6も5極管領域で動作しているので、その
ドレインであるノードN7にはゲート印加電圧から|VTHP
|だけ高い電圧が発生する。すなわち V0=1/2Vcc−|VTHP|+VTHP| =1/2Vcc となり、NチャンネルMOSトランジスタ5から求めたV0
の値と全く同一の値となり、矛盾のないことがわかる。
V0=1/2Vccの状態では、トランジスタQ5もQ6も導通状態
と非導通状態との間のぎりぎりの状態であり、内部電源
電圧出力段7において、Vccからグランド端子へ流れる
電流はゼロである。基準電圧発生回路3及び6におい
て、Vccからグランド端子に流れる電流は、R1,R2,R4及
びR5の値を大きくすることにより極めて小さくすること
ができ、低消費電力の内部電源電圧を発生させる回路を
実現できる。
ここでV0=1/2Vccからずれた場合を仮定する。V0の値が
1/2Vccより高くなった時、PチャンネルMOSトランジス
タQ6のドレイン・ソース間の電圧が高くなり、Q6が導通
状態になって、V0を1/2Vccに戻すように働く。この間N
チャンネルMOSトランジスタQ5のドレイン・ソース間に
電圧は小さくなるので、Q5は非導通状態のままであり、
Q5とQ6を介してVccからグランド端子へ流れる電流はゼ
ロである。逆にV0の値が1/2Vccより低くなった時、Q5の
ドレイン・ソース間の電圧は大きくなるので、Nチャン
ネルMOSトランジスタQ5が導通状態になってV0を1/2Vcc
に戻すように働く。この間、PチャンネルMOSトランジ
スタQ6のドレイン・ソース間の電圧は小さくなるので、
Q6は非導通状態のままであり、Q5とQ6を介してVccから
グランド端子へ流れる電流はゼロである。このようにV0
が1/2Vccからずれた場合には、Q5あるいはQ6がただちに
導通状態になって、V0を1/2Vccに戻すように働くので、
充分低い出力インピーダンスを得ることができる。
さらに本実施例によれば、以上説明した通り、回路を構
成するNチャンネルMOSトランジスタ及びPチャンネルM
OSトランジスタの閾値電圧によらない所望の内部電源電
圧を得ることができる。
第2図はこの発明の他の実施例を示し、Q1〜Q6は第1図
と同一のものである。Q7〜Q10の4個のトランジスタ
は、抵抗の役割を果たすためのもので、Q7及びQ8は第1
図に示す抵抗1及び2に相当するNチャンネルMOSトラ
ンジスタで、そのドレインとゲートが相互に接続されて
いる。Q9及びQ10は第1図に示す抵抗4及び5に相当す
るPチャンネルMOSトランジスタであり、そのゲートと
ソースが相互に接続されている。
第2図に示す回路の動作は第1図の回路動作と全く同じ
で、NチャンネルMOSトランジスタQ7とQ8を同一の特性
を持つトランジスタで構成し、PチャンネルMOSトラン
ジスタQ9とQ10を同一の特性を持つトランジスタで構成
すると、ノードN2及びノードN5の電位はそれぞれ1/2Vcc
となり、上記第1図の回路と同様の効果が期待できる。
ところで、本発明の第1図の回路に類似した回路として
米国特許第4692689号の第4図に示された回路があり、
これを第4図に示す。この第4図の回路では、基準電圧
発生回路13を構成する抵抗R11,R12を電源Vcc側に、基
準電圧発生回路16を構成する抵抗R13,R14をグランド側
に配置し、かつ内部電源出力段17のトランジスタQ11お
よびQ14のゲートには抵抗R11,R12の接続点N11および抵
抗R13,R14の接続点N14をそれぞれ接続するようにしたも
のである。
ここで、本発明の第1図の回路では、ノードN1には1/2V
cc+VTHNの電圧が、ノードN6には1/2Vcc−|VTHP|の電
圧がそれぞれ発生する。従って、ノードN7から1/2Vcc
等しい電圧が出力されるためにはNチャンネルトランジ
スタQ1,Q2,Q5のVTHNの値及びPチャンネルトランジス
タQ3,Q4,Q6のVTHPの値は相互に等しくなければならな
い。しかしながら、実際にはVTHNとVTHPとは、ソース
電極電圧対バイアス基準特性に依存して異なる値とな
る。
これは次式(1)から導出される。
ここでVBSは基板電圧(トランジスタ自体の基板電圧)
である。すなわち、ソース電極電圧が高い時は装置の基
板電圧が負の電圧にバイアスされたのと等価の状態とな
り、これはVBSの値が増大したことを意味し、これは
(1)式から理解されるようにVTHが高くなるという結
果を生ずる。
上述の事項を念頭において、本発明の第1図と第4図と
を比較する。第4図において2つのトランジスタQ11,Q1
2,Q13のソース電極電圧はQ11=1/2Vcc,Q12=VTHN,及
びQ13=0Vとなる。装置の基板電圧が0Vとされた時、
(1)式におけるVBSの値はそれぞれ、Q11=1/2Vcc,Q1
2=VTHN,及びQ13=0Vとなり、トランジスタQ11〜Q13
は異なる閾値電圧をもつことになる。トランジスタQ11,
Q12の閾値電圧はこのように異なるので、トランジスタQ
11,Q12の電圧レベルのシフト量は異なることとなり、1/
2Vccに等しくない電圧が出力される。
一方、本発明の第1図においては、トランジスタQ1,Q2,
Q5のソース電極電圧はQ1=1/2Vcc,Q2=1/2Vcc−VTHN
及びQ5=1/2Vccとなる。そして装置の基板電圧が0Vと仮
定すると、(1)式におけるVBSの値はそれぞれQ1=1/2
Vcc,Q2=1/2Vcc−VTHN,及びQ5=1/2Vccとなる。本発
明の回路において、トランジスタQ1及びQ5の閾値電圧は
それぞれ等しいので、電圧レベルのシフト量は相互に等
しく1/2Vccに等しい電圧が出力される。
第4図及び本発明の第1図の両回路において1/2Vcc+V
THNから少しだけシフトした電圧がノードN1に出力され
るが、厳密に言えばトランジスタQ1及びQ2(第4図では
Q12及びQ13)の閾値電圧は少し異なるので、そのシフト
は極めて小さい。第4図において、トランジスタQ12及
びトランジスタQ11における電圧レベルのシフト量は異
なり、1/2Vccから少しシフトした値が出力に出力され
る。
一方、本発明においては、トランジスタQ1及びトランジ
スタQ5における電圧レベルのシフト量は相互に等しく、
1/2Vccに近い値が出力される。
第4図のQ14,Q15,Q16及び本発明のQ3,Q4,Q6であるPチ
ャンネルMOSトランジスタについても同じことが言え
る。
なお、上記第1図,第2図の回路を数段組み合わせるこ
とによって1/4Vcc,3/4Vccの出力を、さらに1/8Vcc,3/8V
cc,7/8Vccとさらに分割された出力を得る事も可能であ
る。
また上記実施例では、R1=R2,R4=R5とし、さらにQ1とQ
2及びQ3とQ4をそれぞれ同一の特性を持つトランジスタ
で構成した場合について述べたが、抵抗配分を変えるこ
とで、出力電位を任意にコントロールする事も可能であ
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、第1,第2の基準電圧
に対しN,PチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧分だけ
レベルシフトした第1,第2の基準電圧を発生する回路
と、これらの出力によって制御されるNチャンネルMOS
トランジスタとPチャンネルMOSトランジスタからなる
内部電源電圧出力段とを組み合わせることによって、低
消費電力でかつ低出力インピーダンスの内部電源電圧発
生回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の回路図、第2図はこの発
明の他の実施例の回路図、第3図は従来装置の回路図、
第4図は米国特許第4692689号第4図に示された本発明
の類似回路を示す図である。 図においては、1,2,4,5,8,9は抵抗、3,6は第1,第2の基
準電圧発生回路、7は内部電源電圧出力段、Q1,Q2,Q5,Q
7,Q8はNチャンネルMOSトランジスタ、Q3,Q4,Q6,Q9,Q10
はPチャンネルMOSトランジスタである。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体集積回路上で外部電源をもとに、該
    外部電源の絶対値より小さい電圧値を有する内部電源電
    圧を発生させる内部電源電圧発生回路において、 外部電源とグランド間に相互に直列に接続された第1,第
    2の抵抗要素および各々ダイオード接続された第1,第2
    のNチャンネルMOSトランジスタを含み、内部電源電圧
    に対しNチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧分だけ
    高くなるようにレベルシフトした電圧を出力する第1の
    基準電圧発生回路と、 外部電源とグランド間に相互に直列に接続された第3,第
    4の抵抗要素および各々ダイオード接続された第3,第4
    のPチャンネルMOSトランジスタを含み、内部電源電圧
    に対しPチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧の絶対
    値分だけ低くなるようにレベルシフトした電圧を出力す
    る第2の基準電圧発生回路と、 外部電源とグランド間に相互に直列に接続され、上記第
    1,第2の基準電圧発生回路の出力でそれぞれ制御される
    NチャンネルおよびPチャンネルMOSトランジスタから
    なり、該NチャンネルおよびPチャンネルMOSトランジ
    スタの接続ノードを内部電源電圧の出力ノードとする内
    部電源電圧出力段とを備えたことを特徴とする半導体集
    積回路の内部電源電圧発生回路。
  2. 【請求項2】前記第1,第2,第3,第4の抵抗要素は抵抗か
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
    導体集積回路の内部電源電圧発生回路。
  3. 【請求項3】前記第1,第2の抵抗要素はゲートとドレイ
    ンが相互接続されたNチャンネルMOSトランジスタから
    なり、前記第3,第4の抵抗要素はゲートとソースが相互
    接続されたPチャンネルMOSトランジスタからなること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回
    路の内部電源電圧発生回路。
JP60176331A 1985-08-09 1985-08-09 半導体集積回路の内部電源電圧発生回路 Expired - Lifetime JPH06101534B2 (ja)

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