JPH0640290B2 - 安定化電流源回路 - Google Patents
安定化電流源回路Info
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- JPH0640290B2 JPH0640290B2 JP60041325A JP4132585A JPH0640290B2 JP H0640290 B2 JPH0640290 B2 JP H0640290B2 JP 60041325 A JP60041325 A JP 60041325A JP 4132585 A JP4132585 A JP 4132585A JP H0640290 B2 JPH0640290 B2 JP H0640290B2
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- Japan
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- mos transistor
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- current
- voltage
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/24—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
- G05F3/242—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
- G05F3/245—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the temperature
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＭＯＳトランジスタを用いた電流源回路に関
する。
する。
ＭＯＳトランジスタを用いた様々な回路が集積回路とし
て作られており、そうした回路の中で、フイルタや積分
器などは、高精度の電流源を必要とする（例えば、昭和
５５年度電子通信学会通信部門全国大会論文No.８５
“ＭＯＳ集積化可能なＰＬＬ用ループフイルタ”参
照）。しかしながら、従来電流源回路として多用されて
いる簡単なカレントミラー回路には、その電流値が、製
造プロセスにおいて生じる特性のばらつきや、温度及び
電源の変動などによつて、大きく変化するという問題が
ある。
て作られており、そうした回路の中で、フイルタや積分
器などは、高精度の電流源を必要とする（例えば、昭和
５５年度電子通信学会通信部門全国大会論文No.８５
“ＭＯＳ集積化可能なＰＬＬ用ループフイルタ”参
照）。しかしながら、従来電流源回路として多用されて
いる簡単なカレントミラー回路には、その電流値が、製
造プロセスにおいて生じる特性のばらつきや、温度及び
電源の変動などによつて、大きく変化するという問題が
ある。
第２図は、ＭＯＳトランジスタを用いた定電流回路の原
理的構成を示す。ｎチヤネルＭＯＳトランジスタを例に
とると、ｎチヤネルＭＯＳトランジスタ１のゲート・ソ
ース間に、電圧源２によりバイアス電圧ＶGS1が与えら
れて、その結果、ドレイン電流ＩD1が流れ、その値は次
式で与えられる。
理的構成を示す。ｎチヤネルＭＯＳトランジスタを例に
とると、ｎチヤネルＭＯＳトランジスタ１のゲート・ソ
ース間に、電圧源２によりバイアス電圧ＶGS1が与えら
れて、その結果、ドレイン電流ＩD1が流れ、その値は次
式で与えられる。
ID1＝βA(VGS1-VTH)2…(1) ただし、 β＝μC0／２，Ａ＝W1／Ｌ１ μ：チヤネルモビリテイ C0：ゲート容量 W1：チヤネル幅 L1：チヤネル長 ＶTH：閾値電圧 上式において、C0，W1及びL1は製造工程の十分な管理に
より、また、ＶGS1は周知のバンドギヤツプ型安定化電
圧源回路などの使用により、数％ないし数十％の範囲に
ばらつきを抑えることが可能であり、かる、これらは、
周囲温度による変動が無視できるものである。しかし、
μは絶対温度−1.5乗に比例して変化し、またＶTHは、
製造ばらつきが±５０％にもなり、更に、±５０℃の温
度変動により±２０％も変化する。したがつて、Ｉ
D1は、製造プロセスによるばらつきのほかに、温度及び
電源の変動によつて大幅に変化し、その最大値と最小値
の比は、５ないし６に達する。その結果、高精度の電流
源を必要とするアナログ回路の実現は困難になり、ま
た、回路の消費電力の変動も甚しく、これらのことが、
ＭＯＳ型のアナログ集積回路の性能向上を阻害する大き
な要因となつていた。
より、また、ＶGS1は周知のバンドギヤツプ型安定化電
圧源回路などの使用により、数％ないし数十％の範囲に
ばらつきを抑えることが可能であり、かる、これらは、
周囲温度による変動が無視できるものである。しかし、
μは絶対温度−1.5乗に比例して変化し、またＶTHは、
製造ばらつきが±５０％にもなり、更に、±５０℃の温
度変動により±２０％も変化する。したがつて、Ｉ
D1は、製造プロセスによるばらつきのほかに、温度及び
電源の変動によつて大幅に変化し、その最大値と最小値
の比は、５ないし６に達する。その結果、高精度の電流
源を必要とするアナログ回路の実現は困難になり、ま
た、回路の消費電力の変動も甚しく、これらのことが、
ＭＯＳ型のアナログ集積回路の性能向上を阻害する大き
な要因となつていた。
特開昭５１−138848号公報に記載された定電流回路は、
前記の問題に対して、一つの解決を与えるものである。
しかし、この回路は、デイプセツシヨン型とエンハンス
メント型という異なる型のトランジスタを必要とするほ
か、３個のトランジスタを流れる電流の大小関係を予め
定められたように設定し、更に、ある特定のトランジス
タのゲート電圧を温度係数が零の点に設定しなければな
らないなどの点において、問題がないとはいえない。
前記の問題に対して、一つの解決を与えるものである。
しかし、この回路は、デイプセツシヨン型とエンハンス
メント型という異なる型のトランジスタを必要とするほ
か、３個のトランジスタを流れる電流の大小関係を予め
定められたように設定し、更に、ある特定のトランジス
タのゲート電圧を温度係数が零の点に設定しなければな
らないなどの点において、問題がないとはいえない。
本発明の目的は、製造プロセスによる特性のばらつき並
びに温度及び電流の変動に起因する電流値の変化を、比
較的簡単な手段により抑制して、ＭＯＳ集積回路に適し
た電流源回路を提供することにある。
びに温度及び電流の変動に起因する電流値の変化を、比
較的簡単な手段により抑制して、ＭＯＳ集積回路に適し
た電流源回路を提供することにある。
本発明によれば、定電流出力を供給する第１ＭＯＳトラ
ンジスタのゲートと第２ＭＯＳトランジスタのゲートが
接続され、第２ＭＯＳトランジスタのドレインに電流源
が接続された回路において、第２ＭＯＳトランジスタの
ソースに適当な大きさと向きとを持つ安定化電圧源が接
続され、それにより、第２ＭＯＳトランジスタのゲート
・ソース電圧が、第１ＭＯＳトランジスタのゲート・ソ
ース電圧よりも充分小さく、閾値電圧に近い値に設定さ
れる。その結果、第１ＭＯＳトランジスタを流れる電流
を決定するフアクターの一つとしての電圧は、実質上、
前記安定化電圧源の電圧のみとなり、そして、安定化電
圧源は比較的容易に実現できるので、変動が最も激しい
閾値電圧の影響を除くことができる。
ンジスタのゲートと第２ＭＯＳトランジスタのゲートが
接続され、第２ＭＯＳトランジスタのドレインに電流源
が接続された回路において、第２ＭＯＳトランジスタの
ソースに適当な大きさと向きとを持つ安定化電圧源が接
続され、それにより、第２ＭＯＳトランジスタのゲート
・ソース電圧が、第１ＭＯＳトランジスタのゲート・ソ
ース電圧よりも充分小さく、閾値電圧に近い値に設定さ
れる。その結果、第１ＭＯＳトランジスタを流れる電流
を決定するフアクターの一つとしての電圧は、実質上、
前記安定化電圧源の電圧のみとなり、そして、安定化電
圧源は比較的容易に実現できるので、変動が最も激しい
閾値電圧の影響を除くことができる。
第１図は、本発明の一実施例の原理的な回路図である。
ｎチヤネルＭＯＳトランジスタ１は、電流出力段で、そ
のゲートはｎチヤネルＭＯＳトランジスタ３のゲートに
直結されている。トランジスタ３のソースには、電圧Ｖ
１を供給する安定化電圧源４が接続され、その極正は、
基準電位点（アース）からみて、トランジスタ３のゲー
ト・ソース電圧と同じ向きである。トランジスタ３のド
レインには電流源５が接続される。なお、トランジスタ
３のゲートとドレインを接続した点は、本質的なもので
はない。トランジスタ１について、そのドレイン電流を
ＩDI、ゲート・ソース電圧をＶGS1とし、トランジスタ
３について、そのドレイン電流ＩD2、ゲート・ソース電
圧をＶGS2とすれば、次式が成立つ。
ｎチヤネルＭＯＳトランジスタ１は、電流出力段で、そ
のゲートはｎチヤネルＭＯＳトランジスタ３のゲートに
直結されている。トランジスタ３のソースには、電圧Ｖ
１を供給する安定化電圧源４が接続され、その極正は、
基準電位点（アース）からみて、トランジスタ３のゲー
ト・ソース電圧と同じ向きである。トランジスタ３のド
レインには電流源５が接続される。なお、トランジスタ
３のゲートとドレインを接続した点は、本質的なもので
はない。トランジスタ１について、そのドレイン電流を
ＩDI、ゲート・ソース電圧をＶGS1とし、トランジスタ
３について、そのドレイン電流ＩD2、ゲート・ソース電
圧をＶGS2とすれば、次式が成立つ。
ID1＝βA1（VGS1−VTH）２…(2) ID2＝βA2（VGS2−VTH）２…(3) VGS1＝VGS2＋V1…(4) ただし、 A1＝W1／L1，A2＝W2／L2 β，VTHは(1)式と同じ。
いま、ＩD2がＩD1と比較して非常に小さく、したがつ
て、 VGS1−VTH≫VGS2−VTH とすれば、 VGS2VTH…(5) と近似することができる。したがつて、(5)式と(4)式か
ら、 VGS1VTH＋V1…(6) (6)式を(2)式に代入すれば、 ID1＝βA1（V1）２…(7) すなわち、各トランジスタの閾値電圧ＶTHが変化して
も、トランジスタ１のドレイン電流ＩD1は、ほとんどそ
の影響を受けないことになる。Ｖ１については、周知の
バンドギヤツプ形安定化電圧源回路等を用いることによ
り、充分高い精度と安定度を実現することができ、ま
た、Ａ１の精度は、製造プロセスにおいて用いられるマ
スクの精度によつて定まり、充分高い値を得るのにさし
たる困難はない。残る問題は、チヤネルモビリテイとゲ
ート容量により定まるβであるが、これについては、製
造プロセスに基因するばらつきを±１０％程度に抑える
ことが期待でき、かつ、チヤネルモビリテイの温度によ
る変動は、±５０℃の範囲で±２０〜３０％である。し
たがつて、最大値と最小値の比が５〜６にも達した従来
回路と比較すれば、変動範囲は著しく減少することにな
る。
て、 VGS1−VTH≫VGS2−VTH とすれば、 VGS2VTH…(5) と近似することができる。したがつて、(5)式と(4)式か
ら、 VGS1VTH＋V1…(6) (6)式を(2)式に代入すれば、 ID1＝βA1（V1）２…(7) すなわち、各トランジスタの閾値電圧ＶTHが変化して
も、トランジスタ１のドレイン電流ＩD1は、ほとんどそ
の影響を受けないことになる。Ｖ１については、周知の
バンドギヤツプ形安定化電圧源回路等を用いることによ
り、充分高い精度と安定度を実現することができ、ま
た、Ａ１の精度は、製造プロセスにおいて用いられるマ
スクの精度によつて定まり、充分高い値を得るのにさし
たる困難はない。残る問題は、チヤネルモビリテイとゲ
ート容量により定まるβであるが、これについては、製
造プロセスに基因するばらつきを±１０％程度に抑える
ことが期待でき、かつ、チヤネルモビリテイの温度によ
る変動は、±５０℃の範囲で±２０〜３０％である。し
たがつて、最大値と最小値の比が５〜６にも達した従来
回路と比較すれば、変動範囲は著しく減少することにな
る。
第３図は、第２図に原理図が示された従来回路の具体例
を示す。この回路は、第２図における電圧源２を、ｐチ
ヤネルＭＯＳトランジスタ６とｎチヤネルＭＯＳトラン
ジスタ７により実現したものであつて、これは、通常の
いわゆるカレントミラー回路である。図中に示したＷ及
びＬの値は、電流値の変動が最小となるように最適化さ
れた各トランジスタのチヤネル寸法を示す。
を示す。この回路は、第２図における電圧源２を、ｐチ
ヤネルＭＯＳトランジスタ６とｎチヤネルＭＯＳトラン
ジスタ７により実現したものであつて、これは、通常の
いわゆるカレントミラー回路である。図中に示したＷ及
びＬの値は、電流値の変動が最小となるように最適化さ
れた各トランジスタのチヤネル寸法を示す。
第４図は、第１図に原理図が示された本発明の実施例の
具体的な回路の一例を示す。第１図における電流源５
は、ｐチヤネルＭＯＳトランジスタ８並びにｎチヤネル
ＭＯＳトランジスタ９及び１０からなるカレントミラー
回路で実現されている。電圧源４の値は0.27Ｖとした。
なお、図中のＷ及びＬの値の趣旨は第３図のそれと同じ
である。
具体的な回路の一例を示す。第１図における電流源５
は、ｐチヤネルＭＯＳトランジスタ８並びにｎチヤネル
ＭＯＳトランジスタ９及び１０からなるカレントミラー
回路で実現されている。電圧源４の値は0.27Ｖとした。
なお、図中のＷ及びＬの値の趣旨は第３図のそれと同じ
である。
第３図及び第４図の各回路において、温度、電源電圧及
び閾値電圧ＶTHを変えて出力電流ＩＤの変化を測定した
結果を、次表に示す。表中の％値は、状態Ｂを基準にし
て、ＩＤの変化分を表わす。
び閾値電圧ＶTHを変えて出力電流ＩＤの変化を測定した
結果を、次表に示す。表中の％値は、状態Ｂを基準にし
て、ＩＤの変化分を表わす。
前掲の表によれば、第４図の回路（本発明）では、第３
図の回路（従来技術）と比較して、ＩＤの変動範囲がほ
ぼ半減していることがわかる。
図の回路（従来技術）と比較して、ＩＤの変動範囲がほ
ぼ半減していることがわかる。
前記の説明は、ｎチヤネルＭＯＳトランジスタについて
のものであるが、ｐチヤネルＭＯＳトランジスタについ
ても同様である。また、安定化電圧源については、バン
ドギヤツプ型安定化電圧源回路を用いれば理想的である
が、例えば電源電圧を降圧する抵抗分圧器のような、簡
単な電圧源を用いても、用途によつては十分な安定度が
得られる。
のものであるが、ｐチヤネルＭＯＳトランジスタについ
ても同様である。また、安定化電圧源については、バン
ドギヤツプ型安定化電圧源回路を用いれば理想的である
が、例えば電源電圧を降圧する抵抗分圧器のような、簡
単な電圧源を用いても、用途によつては十分な安定度が
得られる。
本発明によれば、ＭＯＳ回路を用いた電流源回路におい
て、製造プロセスに起因する特性のばらつき並びに温度
及び電源の変動による電流値の変化の大幅な低減と、そ
の結果としての回路生態の著しい向上とを、容易に実現
することができる。また、電流変化の大幅な縮小は、消
費電力の変動の大幅な縮小をもたらす。
て、製造プロセスに起因する特性のばらつき並びに温度
及び電源の変動による電流値の変化の大幅な低減と、そ
の結果としての回路生態の著しい向上とを、容易に実現
することができる。また、電流変化の大幅な縮小は、消
費電力の変動の大幅な縮小をもたらす。
第１図は本発明の一実施例の原理を示す回路図、第２図
は従来の電流源回路の原理を示す回路図、第３図は第２
図の回路の具体例の回路図、第４図は第１図の回路の具
体例の回路図である。 １……第１ＭＯＳトランジスタ、３……第２ＭＯＳトラ
ンジスタ、４……安定化電圧源、５……電流源。
は従来の電流源回路の原理を示す回路図、第３図は第２
図の回路の具体例の回路図、第４図は第１図の回路の具
体例の回路図である。 １……第１ＭＯＳトランジスタ、３……第２ＭＯＳトラ
ンジスタ、４……安定化電圧源、５……電流源。
Claims (1)
- 【請求項１】ドレイン電流が定電流出力として利用され
るべき第１ＭＯＳトランジスタと、ゲートが第１ＭＯＳ
トランジスタのゲートと接続された第２ＭＯＳトランジ
スタと、第２ＭＯＳトランジスタのドレインに接続され
た電流源と、第２ＭＯＳトランジスタのソースに接続さ
れて第２ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース電圧を第
１ＭＯＳトランジスタのそれよりも閾値電圧に近い値に
維持する安定化電圧源とを備えた安定化電流源回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041325A JPH0640290B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 安定化電流源回路 |
| US06/827,612 US4642552A (en) | 1985-03-04 | 1986-02-10 | Stabilized current source circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041325A JPH0640290B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 安定化電流源回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201315A JPS61201315A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH0640290B2 true JPH0640290B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=12605368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60041325A Expired - Lifetime JPH0640290B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 安定化電流源回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4642552A (ja) |
| JP (1) | JPH0640290B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL80707A (en) * | 1985-12-23 | 1991-03-10 | Hughes Aircraft Co | Gaseous discharge device simmering circuit |
| JPH0244413A (ja) * | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Nec Corp | 定電流供給回路 |
| JPH0795015A (ja) * | 1993-09-24 | 1995-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路 |
| DE4335683A1 (de) * | 1993-10-20 | 1995-04-27 | Deutsche Aerospace | Konstantstromquelle |
| US5739682A (en) * | 1994-01-25 | 1998-04-14 | Texas Instruments Incorporated | Circuit and method for providing a reference circuit that is substantially independent of the threshold voltage of the transistor that provides the reference circuit |
| EP0851585A1 (en) * | 1996-12-24 | 1998-07-01 | STMicroelectronics S.r.l. | Circuit for generating an electric signal of constant duration, said duration being independant of temperature and process variations |
| JP3629939B2 (ja) | 1998-03-18 | 2005-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | トランジスタ回路、表示パネル及び電子機器 |
| US7333156B2 (en) * | 1999-08-26 | 2008-02-19 | Canadian Space Agency | Sequential colour visual telepresence system |
| JP4123084B2 (ja) | 2002-07-31 | 2008-07-23 | セイコーエプソン株式会社 | 電子回路、電気光学装置、及び電子機器 |
| JP3922229B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2007-05-30 | セイコーエプソン株式会社 | アレイ基板、表示パネル及び電子機器 |
| TWI335129B (en) * | 2007-05-31 | 2010-12-21 | Chunghwa Picture Tubes Ltd | Current source circuit |
| CN103198788A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-07-10 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种像素电路、有机电致发光显示面板及显示装置 |
| CN103208255B (zh) * | 2013-04-15 | 2015-05-20 | 京东方科技集团股份有限公司 | 像素电路、像素电路驱动方法及显示装置 |
| US10734958B2 (en) * | 2016-08-09 | 2020-08-04 | Mediatek Inc. | Low-voltage high-speed receiver |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51138848A (en) * | 1975-05-28 | 1976-11-30 | Hitachi Ltd | Steady current circuit |
| JPS562017A (en) * | 1979-06-19 | 1981-01-10 | Toshiba Corp | Constant electric current circuit |
| JPS5644917A (en) * | 1979-09-20 | 1981-04-24 | Nec Corp | Constant-voltage circuit |
| JPS56121114A (en) * | 1980-02-28 | 1981-09-22 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Constant-current circuit |
| NL8001558A (nl) * | 1980-03-17 | 1981-10-16 | Philips Nv | Stroomstabilisator opgebouwd met veldeffekttransistor van het verrijkingstype. |
-
1985
- 1985-03-04 JP JP60041325A patent/JPH0640290B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-02-10 US US06/827,612 patent/US4642552A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4642552A (en) | 1987-02-10 |
| JPS61201315A (ja) | 1986-09-06 |
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