JPH084207B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
Semiconductor integrated circuit deviceInfo
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- JPH084207B2 JPH084207B2 JP60134034A JP13403485A JPH084207B2 JP H084207 B2 JPH084207 B2 JP H084207B2 JP 60134034 A JP60134034 A JP 60134034A JP 13403485 A JP13403485 A JP 13403485A JP H084207 B2 JPH084207 B2 JP H084207B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)により構成された半導体集積回路装置に関するも
ので、例えば、定電流バイアス回路を具備するものに利
用して有効な技術に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device composed of a MOSFET (Insulated Gate Field Effect Transistor). For example, the invention relates to a semiconductor integrated circuit device provided with a constant current bias circuit. It relates to effective technology.
MOSFETは、そのプロセス変動による素子特性のバラツ
キが比較的大きい。例えば、第5図に示すように、Nチ
ャンネルMOSFETQ30のゲートにシリコンバンドギャンプ
を利用して形成された高安定の定電圧VBを供給しても、
Q30のしきい値電圧の比較的大きなプロセスバラツキに
よってドレイン電流は大きく変動する。この回路では、
MOSFETQ30のドレイン側にPチャンネルMOSFETQ31,Q32か
らなる電流ミラー回路を設けて、図示しないPチャンネ
ルMOSFET(押し出し定電流源)のゲートに供給されるバ
イアス電圧VBPを形成する。また、上記電流ミラー回路
の出力電流を受けるダイオード形態のNチャンネルMOSF
ETQ33から、図示しないNチャンネルMOSFET(吸い込み
定電流源)のゲートに供給されるバイアス電圧VBNを形
成する。このような場合、電圧VBPとVBNのプロセスバラ
ツキに対する依存性が非常に大きくなる。ちなみに、電
圧VBPとVBNの設定値(Typical)を1とすると最も電流
が流れる状態(Power Worst)では2、最も電流が流な
い状態(Speed Worst)では0.5のように大きく変動す
る。MOSFETs have relatively large variations in device characteristics due to process variations. For example, as shown in FIG. 5, even if a highly stable constant voltage VB formed by utilizing a silicon band gamp is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q30,
The drain current fluctuates greatly due to a relatively large process variation in the threshold voltage of Q30. In this circuit,
A current mirror circuit composed of P-channel MOSFETs Q31 and Q32 is provided on the drain side of the MOSFET Q30 to form a bias voltage VBP supplied to the gate of a P-channel MOSFET (pushing constant current source) not shown. Also, a diode type N-channel MOSF for receiving the output current of the current mirror circuit.
A bias voltage VBN supplied from the ETQ33 to the gate of an N-channel MOSFET (sink constant current source) not shown is formed. In such a case, the dependence of the voltages VBP and VBN on the process variation becomes extremely large. By the way, when the set values (Typical) of the voltages VBP and VBN are set to 1, there are large fluctuations such as 2 in the state in which the most current flows (Power Worst) and 0.5 in the state in which the most current flows (Speed Worst).
このような回路は、例えば、CODEC(コーダ/デコー
ダ)における内部クロック発生回路に用いられる。この
場合において、PLL回路における位相比較回路のアップ
/ダウン信号を受けて、キャパシタの充放電を行うこと
により制御電圧を形成するロウパスフィルタにおいて、
上記充放電電流を形成するために上記のようなバイアス
回路を用いると、そのバラツキによってPLLのループゲ
インが大きく変動するので、安定したPLL動作が行われ
なくなる(CODECに関しては、例えば1981年6月30日付
朝倉書店発行『集積回路応用ハンドブック』第592頁〜6
00頁参照)。Such a circuit is used, for example, as an internal clock generation circuit in a CODEC (coder / decoder). In this case, in the low-pass filter that forms the control voltage by receiving the up / down signal of the phase comparison circuit in the PLL circuit and charging / discharging the capacitor,
If the bias circuit as described above is used to form the charging / discharging current, the loop gain of the PLL fluctuates greatly due to the variation, and stable PLL operation cannot be performed (for CODEC, for example, June 1981). Published by Asakura Shoten on 30th, "Integrated Circuit Application Handbook", pages 592-6
(See page 00).
この発明の1つの目的は、プロセス変動に対して高安
定の定電流を得ることができるバイアス回路を具備した
半導体集積回路装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device equipped with a bias circuit capable of obtaining a highly stable constant current against process fluctuations.
この発明の他の目的は、動作の安定化を実現したPLL
回路を具備する半導体集積回路装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is a PLL that realizes stable operation.
It is to provide a semiconductor integrated circuit device including a circuit.
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴
は、この明細書の記述および添付図面から明らかになる
であろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、
MOSFETゲート,ソース間に定電圧を供給して、そのドレ
インからそのしきい値電圧の変動に反比例的に変動する
電流を形成しておいて、この電流を上記MOSFETと同じ導
電型のダイオード形態にされた複数の直列MOSFETに供給
して、これらの直列MOSFETにおける合成のしきい値電圧
により、MOSFETのしきい値電圧のプロセスバラツキを補
償するような電圧を形成するものである。The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is,
A constant voltage is supplied between the MOSFET gate and source to form a current that fluctuates in inverse proportion to the fluctuation of the threshold voltage from its drain, and this current is converted into a diode type of the same conductivity type as the above MOSFET. Is supplied to a plurality of series MOSFETs that are connected to each other, and a combined threshold voltage in these series MOSFETs forms a voltage that compensates for process variations in the threshold voltage of the MOSFETs.
〔実施例1〕 第1図には、この発明に係るバイアス回路の一実施例
の回路図が示されている。同図の各回路素子は、公知の
CMOS(相補型MOS)集積回路の製造技術によって、1個
の単結晶シリコンのような半導体基板上において形成さ
れる。同図においてPチャンネルMOSFETは、そのソース
・ドレイン間に直線が付加されていることにより、Nチ
ャンネルMOSFETと区別される。[Embodiment 1] FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of a bias circuit according to the present invention. Each circuit element shown in FIG.
It is formed on a semiconductor substrate such as a single crystal silicon by a CMOS (complementary MOS) integrated circuit manufacturing technique. In the figure, the P-channel MOSFET is distinguished from the N-channel MOSFET by adding a straight line between its source and drain.
特に制限されないが、集積回路は、単結晶N型シリコ
ンからなる半導体基板に形成される。PチャンネルMOSF
ETは、かかる半導体基板表面に形成されたソース領域、
ドレイン領域及びソース領域とドレイン領域との間の半
導体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を介して形成さ
れたポリシリコンからなるようなゲート電極から構成さ
れる。NチャンネルMOSFETは、上記半導体基板表面に形
成されたP型ウェル領域に形成される。これによって、
半導体基板は、その上に形成された複数のPチャンネル
MOSFETの共通の基板ゲートを構成する。P型ウェル領域
は、その上に形成されたNチャンネルMOSFETの基体ゲー
トを構成する。PチャンネルMOSFETの基板ゲートすなわ
ち半導体基板は、回路の電源電圧Vccに結合され、Nチ
ャンネルMOSFETは基板ゲートすなわちP型ウェル領域
は、回路の接地電位に結合される。Although not particularly limited, the integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single crystal N-type silicon. P channel MOSF
ET is a source region formed on the surface of the semiconductor substrate,
The gate electrode is made of polysilicon and is formed on the surface of the semiconductor substrate between the drain region and the source region with a thin gate insulating film interposed therebetween. The N-channel MOSFET is formed in the P-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate. by this,
The semiconductor substrate has a plurality of P channels formed thereon.
Constructs a common substrate gate for MOSFETs. The P-type well region constitutes the base gate of the N-channel MOSFET formed thereon. The substrate gate or semiconductor substrate of the P-channel MOSFET is coupled to the power supply voltage Vcc of the circuit, and the N-channel MOSFET has the substrate gate or P-type well region coupled to the ground potential of the circuit.
特に制限されないが、図示しない定電圧回路によって
形成された定電圧VBは、NチャンネルMOSFETQ1のゲート
に供給される。このMOSFETQ1のドレインから得られる吸
い込み電流I1は、PチャンネルMOSFETQ5,Q6により構成
された電流ミラー回路に供給され、これによって、押し
出し電流I2に変換される。この押し出し電流I2は、それ
ぞれのゲートとドレイン間が結合されることによってダ
イオード形態にされた直列接続されたNチャンネルMOSF
ETQ3,Q2に供給される。なお、基板効果によってしきい
値電圧が実質的に高くされることを防止するため、MOSF
ETQ3は、そのソースとチンネル間が結合される。このた
め、MOSFETQ3は、独立したP型ウェル領域に形成され
る。Although not particularly limited, the constant voltage VB formed by a constant voltage circuit (not shown) is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q1. The sink current I1 obtained from the drain of the MOSFET Q1 is supplied to the current mirror circuit constituted by the P-channel MOSFETs Q5 and Q6, and thereby converted into the push-out current I2. The push-out current I2 is a diode-connected N-channel MOSF connected in series by coupling between the gate and drain of each.
Supplied to ETQ3 and Q2. In order to prevent the threshold voltage from being substantially increased by the substrate effect, the MOSF
ETQ3 is connected between its source and the channel. Therefore, the MOSFET Q3 is formed in the independent P-type well region.
上記MOSFETQ2のソース,ゲート間の電圧V1と、MOSFET
Q3のソース,ゲート間の電圧V2の合成電圧V1+V2は、N
チャンネルMOSFETQ4のゲート電圧V3として供給される。
このMOSFETQ4のドレインからプロセス変動に対して安定
した定電流I3を形成するものである。The voltage V1 between the source and gate of the MOSFET Q2 and the MOSFET
The combined voltage V1 + V2 of the voltage V2 between the source and gate of Q3 is N
Supplied as the gate voltage V3 of the channel MOSFET Q4.
The drain of the MOSFET Q4 forms a constant current I3 that is stable against process variations.
上記定電流I3は、電流ミラー形態にされたPチャンネ
ルMOSFETQ7,Q8に供給され、その共通接続されたゲート
から図示しない定電流源を構成するPチャンネルMOSFET
のゲートに供給されるバイアス電圧VBPが送出される。
すなわち、上記MOSFETQ7と電流ミラー形態にされるPチ
ャンネルMOSFETを設けることによって、そのドレインか
ら上記定電流I3に従った押し出し定電流が形成される。
また、上記電流ミラー回路からの押し出し定電流は、ダ
イオード形態にされたNチャンネルMOSFETQ9に供給さ
れ、このMOSFETのゲートから、図示しない定電流源を構
成するNチャンネルMOSFETのゲートに供給されるバイア
ス電圧VBNが形成される。すなわち、このMOSFETQ9と電
流ミラー形態にされたNチャンネルMOSFETを設けること
によって、そのドレインから上記定電流I3に従った吸い
込み定電流を得るものである。The constant current I3 is supplied to P-channel MOSFETs Q7 and Q8 in the form of a current mirror, and a P-channel MOSFET forming a constant current source (not shown) from its commonly connected gates.
The bias voltage VBP supplied to the gate of is supplied.
That is, by providing the MOSFET Q7 and a P-channel MOSFET in a current mirror form, an extruding constant current according to the constant current I3 is formed from its drain.
Further, the constant current pushed out from the current mirror circuit is supplied to a diode-shaped N-channel MOSFET Q9, and the bias voltage supplied from the gate of this MOSFET to the gate of an N-channel MOSFET that constitutes a constant current source (not shown). VBN is formed. That is, by providing this MOSFET Q9 and an N-channel MOSFET in the form of a current mirror, a sinking constant current according to the above-mentioned constant current I3 is obtained from its drain.
次に、上記実施例回路により、上記電流I3がMOSFETの
プロセスバラツキに影響されない定電流とされる理由を
定量的に説明する。なお、各MOSFETは、飽和領域で動作
させられるものである。Next, the reason why the current I3 is a constant current that is not affected by the process variation of the MOSFET by the circuit of the above embodiment will be quantitatively described. Each MOSFET can be operated in the saturation region.
定電圧VBがゲート,ソース間に供給されたMOSFETQ1の
ドレイン電流I1は、次式(1)により求められる。The drain current I1 of the MOSFET Q1 supplied with the constant voltage VB between the gate and the source is obtained by the following equation (1).
I1=α1(VB−Vthn)2 …(1) ここで、一般的にα=1/2×β/W/Lである。βは、MOS
FETのチャンネル導電率、Wはチャンネル幅であり、L
はチャンネル長であり、VthnはNチャンネルMOSFETのし
きい値電圧である。したがって、α1=1/2×β×W1/L1
(W1,L1はQ1のチャンネル幅,チャンネル長)となる。I1 = α1 (VB−Vthn) 2 (1) Here, in general, α = 1/2 × β / W / L. β is MOS
FET channel conductivity, W is channel width, L
Is the channel length and Vthn is the threshold voltage of the N-channel MOSFET. Therefore, α1 = 1/2 x β x W1 / L1
(W1 and L1 are Q1 channel width and channel length).
また、電流I2は、次式(2)により表される。 The current I2 is expressed by the following equation (2).
I2=α2(V1−Vthn)2 =α3(V2−Vthn)2 …(2) 上記(2)式から、上記電圧V1とV2は、次式(3)及
び(4)により表される。I2 = α2 (V1-Vthn) 2 = α3 (V2-Vthn) 2 (2) From the above formula (2), the voltages V1 and V2 are represented by the following formulas (3) and (4).
上記電流ミラー回路を構成するPチャンネルMOSFETQ5
とQ6のサイズ比を等しく形成して、電流I1とI2を等しく
すると、上記(3)及び(4)式は、次式(5)及び
(6)式のように変形できる。 P-channel MOSFET Q5 that constitutes the current mirror circuit
When the size ratios of Q6 and Q6 are made equal and the currents I1 and I2 are made equal, the above equations (3) and (4) can be transformed into the following equations (5) and (6).
そして、MOSFETQ4のドレイン電流I3は、次式(7)に
より求められる。 Then, the drain current I3 of the MOSFET Q4 is obtained by the following equation (7).
I3=α4(V3−Vthn)2 =α4(V1+V2−Vthn)2 …(7) この式(7)に、上記(5)及び(6)式を代入する
と、式(7)は、次式(8)のように変形できる。I3 = α4 (V3-Vthn) 2 = α4 (V1 + V2-Vthn) 2 (7) When the above formulas (5) and (6) are substituted into this formula (7), the formula (7) becomes It can be transformed like 8).
上式(8)から明らかなように、 となるように、上記αの比、言い換えるならば、MOSFET
Q1〜Q3のサイズ比W/Lを選ぶことにより、I3=α4・VB
となる。つまり、理論的には電流I3をMOSFETのしきい値
電圧Vthnのプロセスバラツキに影響されない定電流とす
ることができる。 As is clear from the above equation (8), The above α ratio, in other words, MOSFET
By selecting the size ratio W / L of Q1 to Q3, I3 = α4 ・ VB
Becomes That is, theoretically, the current I3 can be a constant current that is not affected by the process variation of the threshold voltage Vthn of the MOSFET.
NチャンネルMOSFETQ1〜Q4のしきい値電圧Vthnを同一
の値とみなして、プロセスバラツキの影響によっても個
々のMOSFET毎にバラツキの生じないものとして扱ってい
る。MOSFETQ1〜Q4は極めて近接した位置に形成される。
また、そのチャンネル長は、ショートチャンネル効果に
よってしきい値電圧がバラツクことのないように、比較
的大きく形成される。したがって、実質的にMOSFETQ1〜
Q4のしきい値電圧は同一とみなすことができる。The threshold voltages Vthn of the N-channel MOSFETs Q1 to Q4 are regarded as the same value, and it is treated that variations do not occur among the individual MOSFETs even under the influence of process variations. The MOSFETs Q1 to Q4 are formed at extremely close positions.
Further, the channel length is formed relatively large so that the threshold voltage does not vary due to the short channel effect. Therefore, the MOSFET Q1 ~
The threshold voltage of Q4 can be regarded as the same.
この実施例回路を定性的に説明するなら、次の通りで
ある。MOSFETのしきい値電圧Vthのプロセスバラツキ
と、このしきい値電圧Vthのプロセスバラツキに対し
て、そのドレイン電流が反比例的に変動することを利用
している。すなわち、定電流を形成するMOSFETQ4のゲー
トに供給する電圧として、2つのダイオード形態のMOSF
ETを直列接続して、MOSFETのプロセスバラツキによる変
動分のしきい値電圧ΔVthnを形成しておいて、そこに上
記反比例的に変化する電流を流すことにより、それを相
殺させるようにするものである。これにより、MOSFETQ4
のドレインからは、プロセスバラツキに対してその変動
が相殺され、ないし低減された定電流を得ることができ
る。The qualitative description of this embodiment circuit is as follows. The process variation of the threshold voltage Vth of the MOSFET and the fact that the drain current thereof varies in inverse proportion to the process variation of the threshold voltage Vth are used. That is, as a voltage supplied to the gate of the MOSFET Q4 that forms a constant current, two diode type MOSFs are used.
ET is connected in series to form a threshold voltage ΔVthn that varies due to MOSFET process variations, and the above inversely proportionally changing current is passed therethrough to cancel it. is there. This allows MOSFET Q4
From the drain of, the fluctuation can be canceled out due to the process variation, or a reduced constant current can be obtained.
なお、温度変化に対しても上記MOSFETQ1〜Q4のしきい
値電圧は、同様に変動するから、この変動分も上記同様
に相殺ないし低減できる。この結果として、上記定電流
I3は、温度補償をもされることになり、高安定の定電流
とされるものとなる。The threshold voltages of the MOSFETs Q1 to Q4 also fluctuate with respect to the temperature change, and this fluctuation can be canceled or reduced in the same manner as described above. As a result of this, the constant current
I3 will also be temperature-compensated, and will be a highly stable constant current.
〔実施例2〕 第2図には、この発明に係るバイアス回路の応用例と
しての差動増幅回路の回路図が示されている。この実施
例では、上記第1図に示したMOSFETQ1〜Q9により構成さ
れたバイアス回路の出力電圧VBNは、定電流源を構成す
るNチャンネルMOSFETQ12及びQ16のゲートに供給され
る。すなわち、MOSFETQ12及びQ16は、MOSFETQ9と電流ミ
ラー形態に接続される。[Embodiment 2] FIG. 2 shows a circuit diagram of a differential amplifier circuit as an application example of the bias circuit according to the present invention. In this embodiment, the output voltage VBN of the bias circuit constituted by the MOSFETs Q1 to Q9 shown in FIG. 1 is supplied to the gates of N-channel MOSFETs Q12 and Q16 constituting a constant current source. That is, MOSFETs Q12 and Q16 are connected to MOSFET Q9 in a current mirror configuration.
上記MOSFETQ12のドレインは、差動形態にされたNチ
ャンネルMOSFETQ10,Q11の共通ソースに接続される。こ
れらの差動増幅MOSFETQ10,Q11のドレインには、特に制
限されないが、電流ミラー形態にされたPチャンネルMO
SFETQ13,Q14により構成されたアクティブ負荷回路が設
けられる。The drain of the MOSFET Q12 is connected to the common source of the differential N-channel MOSFETs Q10 and Q11. The drains of these differential amplification MOSFETs Q10 and Q11 are not particularly limited, but a P-channel MO in the current mirror form is used.
An active load circuit composed of SFETs Q13 and Q14 is provided.
上記差動増幅MOSFETQ14のドレイン出力は、Pチャン
ネル型の出力MOSFETQ15のゲートに伝えられる。この出
力MOSFETQ15のドレインには、上記MOSFETQ16が定電流源
負荷として接続される。The drain output of the differential amplification MOSFET Q14 is transmitted to the gate of the P-channel type output MOSFET Q15. The MOSFET Q16 is connected to the drain of the output MOSFET Q15 as a constant current source load.
なお、上記出力MOSFETQ15のドレインは、出力端子out
に接続されるとともに、そのドレインとゲート間には、
特に制限されないが、高周波特性の改善のための位相補
償用のキャパシタCと抵抗手段Rが直列形態に設けられ
るものである。The drain of the output MOSFET Q15 is
Connected between the drain and gate,
Although not particularly limited, the capacitor C and the resistance means R for phase compensation for improving the high frequency characteristics are provided in series.
この実施例の差動増幅回路は、その動作電流がプロセ
スバラツキに影響されない定電流にされているため、諸
特性の安定化を図ることができる。例えば、高速A/D
(アナログ/ディジタル)変換回路、高速D/A(ディジ
タル/アナログ)変換回路に利用した場合、その利得の
安定化によってセットリング(出力信号のリンギング)
時間のバラツキを小さく抑えることができる。Since the operating current of the differential amplifier circuit of this embodiment is a constant current that is not affected by process variations, it is possible to stabilize various characteristics. For example, high speed A / D
When used in an (analog / digital) conversion circuit or high-speed D / A (digital / analog) conversion circuit, settling (ringing of output signal) is achieved by stabilizing the gain.
Variations in time can be suppressed to a small level.
〔実施例3〕 第3図は、この発明のバイアス回路の他の応用例を示
すPLL回路を構成するロウパスフィルタLPFの回路図であ
る。[Third Embodiment] FIG. 3 is a circuit diagram of a low-pass filter LPF forming a PLL circuit showing another application example of the bias circuit of the present invention.
上記バイアス回路におけるダイオード形態にされたP
チャンネルMOSFETQ7には、このMOSFETQ7と電流ミラー形
態にされたPチャンネルMOSFETQ17が設けられる。これ
により、このMOSFETQ17は、そのドレインから押し出し
定電流を形成する。上記バイアス回路におけるダイオー
ド形態にされたNチャンネルMOSFETQ9には、このMOSFET
Q9と電流ミラー形態にされたNチャンネルMOSFETQ18が
設けられる。これにより、このMOSFETQ18は、そのドレ
インから吸い込み定電流を形成する。P in the form of a diode in the bias circuit
The channel MOSFET Q7 is provided with this MOSFET Q7 and a P-channel MOSFET Q17 in a current mirror form. As a result, the MOSFET Q17 pushes out a constant current from its drain. This N-channel MOSFET Q9 in the form of a diode in the bias circuit is
An N-channel MOSFET Q18 in current mirror form with Q9 is provided. As a result, this MOSFET Q18 draws in a constant current from its drain.
上記定電流源を構成するPチャンネルMOSFETQ17のソ
ースと電源電圧Vccとの間には、後述する位相比較回路
からのアップ信号upを受けるPチャンネル型のスイッチ
MOSFETQ19が設けられる。上記定電流を構成するNチャ
ンネルMOSFETQ18のソースと回路の接地電位点との間に
は、後述する位相比較回路からのダウン信号downを受け
るNチャンネル型のスイッチMOSFETQ20設けられる。こ
れらのスイッチMOSFETQ19とQ20は、上記定電流より十分
大きな電流供給能力を持つようにされており、そのオン
状態によって、キャパシタC3を上記定電流により充電/
放電させるものである。位相比較回路は、基準周波数に
対して電圧制御型発振回路の発振周波数が低いと上記ア
ップ信号upを形成して、キャパシタC3への充電動作を行
い、制御電圧VCを高くして電圧制御型発振回路の発振周
波数を高くさせる。逆に、位相比較回路は、基準周波数
に対して電圧制御型発振回路の発振周波数が高いと上記
ダウン信号downを形成して、キャパシタC3への放電動作
を行い、制御電圧VCを低くして電圧制御型発振回路の発
振周波数を低くさせる。A P-channel switch for receiving an up signal up from a phase comparison circuit described later is provided between the source of the P-channel MOSFET Q17 constituting the constant current source and the power supply voltage Vcc.
A MOSFET Q19 is provided. An N-channel type switch MOSFET Q20 which receives a down signal down from a phase comparator circuit described later is provided between the source of the N-channel MOSFET Q18 forming the constant current and the ground potential point of the circuit. These switch MOSFETs Q19 and Q20 are designed to have a current supply capacity that is sufficiently larger than the above-mentioned constant current, and the capacitor C3 is charged / charged by the above-mentioned constant current depending on its ON state.
It is something to discharge. When the oscillation frequency of the voltage control type oscillation circuit is lower than the reference frequency, the phase comparison circuit forms the up signal up, charges the capacitor C3, and raises the control voltage VC to increase the voltage control type oscillation. Increase the oscillation frequency of the circuit. On the contrary, the phase comparison circuit forms the down signal down when the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator circuit is higher than the reference frequency, discharges the capacitor C3, and lowers the control voltage VC to lower the voltage. Lower the oscillation frequency of the controlled oscillator.
第4図には、この発明が適用されたPLL回路の一実施
例の回路図が示されている。FIG. 4 shows a circuit diagram of an embodiment of a PLL circuit to which the present invention is applied.
電圧制御型発振回路は、次の各回路素子により構成さ
れる。一対のキャパシタC1,C2の一方の電極は、回路の
接地電位に接続される。このキャパシタC1,C2には、放
電回路を構成するNチャンネル型のスイッチMOSFETQ26,
Q28がそれぞれ並列形態に設けられる。上記キャパシタC
1,C2の他方の電極と後述する電流源回路との間には、充
電回路を構成するPチャンネル型のスイッチMOSFETQ25,
Q27がそれぞれ設けられる。上記キャパシタC1及びC2の
充電動作と放電動作との切り換えを行うため、上記MOSF
ETQ25,Q26及びMOSFETQ27,Q28のゲートは、それぞれ共通
化されて、次に説明するフリップフロップ回路の相補出
力信号が供給される。The voltage controlled oscillator circuit is composed of the following circuit elements. One electrode of the pair of capacitors C1 and C2 is connected to the ground potential of the circuit. The capacitors C1 and C2 have an N-channel type switch MOSFET Q26, which constitutes a discharge circuit.
Q28s are provided in parallel form. Above capacitor C
Between the other electrode of 1, C2 and a current source circuit described later, a P-channel type switch MOSFET Q25, which constitutes a charging circuit,
Q27 is provided respectively. In order to switch the charging operation and discharging operation of the capacitors C1 and C2, the MOSF
The gates of the ETQ25, Q26 and the MOSFETs Q27, Q28 are made common, and the complementary output signals of the flip-flop circuit described next are supplied.
このフリップフロップ回路は、一方の入力と出力とが
互いに交差結線されたナンド(NAND)ゲート回路G1,G2
と、他方の入力にそれぞれ設けられたインバータ回路IV
1,IV2とにより構成される。上記インバータ回路IV1とIV
2の入力には、それぞれ上記キャパシタC2とC1の充放電
電圧が供給される。上記各インバータ回路IV1,IV2は、
電圧検出回路として動作する。This flip-flop circuit includes NAND gate circuits G1 and G2 in which one input and output are cross-connected to each other.
And an inverter circuit IV provided at the other input
It is composed of 1, IV2. Inverter circuits IV1 and IV above
The charging and discharging voltages of the capacitors C2 and C1 are supplied to the inputs of 2, respectively. The above inverter circuits IV1 and IV2 are
It operates as a voltage detection circuit.
例えば、フリップフロップ回路を構成するナンドゲー
ト回路G1の出力信号がハイレベルで、ナンドゲート回路
G2の出力信号がロウレベルなら、上記ナンドゲート回路
G1の出力信号のハイレベルによってNチャンネルMOSFET
Q28がオン状態となってキャパシタC2の放電動作を行
い、上記ナンドゲート回路G2の出力信号のロウレベルに
よって,PチャンネルMOSFETQ25がオン状態となってキャ
パシタC1の充電動作を行うものである。For example, when the output signal of the NAND gate circuit G1 that constitutes the flip-flop circuit is at high level,
If the output signal of G2 is low level, the above NAND gate circuit
N-channel MOSFET depending on the high level of the output signal of G1
Q28 is turned on to discharge the capacitor C2, and the low level of the output signal of the NAND gate circuit G2 turns on the P-channel MOSFET Q25 to charge the capacitor C1.
上記キャパシタC1の充電動作によって、その充電電圧
がインバータ回路IV2のロジックスレッショルド電圧に
達すると、その出力がロウレベル(論理論理“0")とな
るので、ナンドゲート回路G2の出力信号はハイレベルに
変化する。この出力信号のハイレベルによりナンドゲー
ト回路G1の出力信号は、ハイレベルからロウレベルに変
化させられる。したがって、キャパシタC1に着目すれ
ば、PチャンネルMOSFETQ25はオフ状態に、Nチャンネ
ルMOSFETQ26はオン状態に切り換えられるのでキャパシ
タC1に対しては放電動作がなされる。キャパシタC2に着
目すれば、PチャンネルMOSFETQ27はオン状態に、Nチ
ャンネルMOSFETQ28はオフ状態に切り換えられるのでキ
ャパシタC2に対しては充電動作がなされる。以上の動作
の繰り返しにより発振動作がなされる。When the charging voltage of the capacitor C1 reaches the logic threshold voltage of the inverter circuit IV2 by the charging operation, its output becomes low level (logical logic “0”), so the output signal of the NAND gate circuit G2 changes to high level. . By the high level of this output signal, the output signal of the NAND gate circuit G1 is changed from the high level to the low level. Therefore, paying attention to the capacitor C1, the P-channel MOSFET Q25 is switched to the off state and the N-channel MOSFET Q26 is switched to the on state, so that the capacitor C1 is discharged. Focusing on the capacitor C2, the P-channel MOSFET Q27 is switched on and the N-channel MOSFET Q28 is switched off, so that the capacitor C2 is charged. The oscillation operation is performed by repeating the above operation.
上記発振回路の発振周波数を制御電圧に従って制御す
るため、上記キャパシタC1,C2の充電電流は、次の電流
源回路により形成される。Since the oscillation frequency of the oscillation circuit is controlled according to the control voltage, the charging current of the capacitors C1 and C2 is formed by the following current source circuit.
上記第3図に示したロウパスフィルタLPFによって形
成された制御電圧VCは、NチャンネルMOSFETQ29のゲー
トに供給され、このMOSFETQ29のドレインから上記制御
電圧VCに従った制御電流が形成される。この制御電流
は、PチャンネルMOSFETQ23,Q24により構成された電流
ミラー回路を介して、上記キャパシタC1,C2の充電電流
として用いられることによって、その周波数制御を行う
ものである。この実施例では、上記電圧制御型発振回路
の応答性を良くするため、次の回路が設けられる。The control voltage VC formed by the low pass filter LPF shown in FIG. 3 is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q29, and a control current according to the control voltage VC is formed from the drain of the MOSFET Q29. This control current is used as a charging current for the capacitors C1 and C2 via a current mirror circuit composed of P-channel MOSFETs Q23 and Q24 to control the frequency. In this embodiment, the following circuit is provided in order to improve the response of the voltage controlled oscillator circuit.
すなわち、上記MOSFETQ23のドレインには、上記第1
図ないし第3図に示したバイアス回路により形成された
バイアス電圧VBNを受けるNチャンネルMOSFETQ21,Q22の
ドレインが接続される。このMOSFETQ21とQ22のソースに
は、位相比較回路PFCからのアップ信号upとダウン信号d
own信号に従った制御信号が供給される。すなわち、MOS
FETQ21のソースには、インバータ回路IV4によって反転
したアップ信号upが供給される。MOSFETQ22のソースに
は、縦列形態のインバータ回路IV5,IV6を通したダウン
信号downが供給される。That is, the drain of the MOSFET Q23 has the first
The drains of N-channel MOSFETs Q21 and Q22 receiving the bias voltage VBN formed by the bias circuit shown in FIGS. The sources of these MOSFETs Q21 and Q22 are the up signal up and down signal d from the phase comparison circuit PFC.
A control signal according to the own signal is supplied. That is, MOS
The up signal up inverted by the inverter circuit IV4 is supplied to the source of the FETQ21. The source of the MOSFET Q22 is supplied with the down signal down through the cascaded inverter circuits IV5 and IV6.
位相比較回路PFCの一方の入力に供給される基準周波
数φrefに対して、分周回路COUNTによって分周された上
記電圧制御型発振回路VCOの発振周波数位相が遅れ(周
波数が低い)とき、その微分により形成された制御信号
upがハイレベルに、downがロウレベルになってMOSFETQ2
1,Q22のソースにロウレベルの接地電位を与える。これ
により、これらのMOSFETQ21とQ22は、上記バイアス電圧
VBNに従った定電流動作を流すものとなるから、キャパ
シタC1,C2への充電電流を大きくして、その発振周波数
を高める。When the oscillation frequency phase of the voltage-controlled oscillator circuit VCO divided by the divider circuit COUNT is delayed (low frequency) with respect to the reference frequency φref supplied to one input of the phase comparator circuit PFC, its differentiation Control signal formed by
MOSFET goes up when up goes to high level and down goes to low level.
Apply low-level ground potential to the source of 1, Q22. This allows these MOSFETs Q21 and Q22 to
Since the constant current operation according to VBN flows, the charging current to the capacitors C1 and C2 is increased and the oscillation frequency thereof is increased.
また、逆に基準周波数に対して電圧制御型発振回路VC
Oの発振周波数の分周出力の位相が進み(周波数が高
い)とき、制御信号upがロウレベルに、downがハイレベ
ルとなってMOSFETQ20,Q21のソースにハイレベル(電源
電圧Vcc)を与える。これによりこれらのMOSFETQ20,Q22
はオフ状態になりキャパシタへの充電電流を小さくし
て、その発振周波数を低くする。このような定電流MOSF
ETQ20,Q21の動作により電圧制御型発振回路VCOの応答性
を高めることができる。On the contrary, the voltage controlled oscillator circuit VC
When the phase of the divided output of the oscillation frequency of O is advanced (high frequency), the control signal up becomes low level and down becomes high level, and a high level (power supply voltage Vcc) is given to the sources of the MOSFETs Q20 and Q21. This allows these MOSFETs Q20, Q22
Turns off and reduces the charging current to the capacitor and lowers its oscillation frequency. Such constant current MOSF
The responsiveness of the voltage controlled oscillator circuit VCO can be enhanced by the operation of ETQ20 and Q21.
なお、ローパスフィルタ(ループフィルタ)LPFは、
上述のような動作によって位相比較回路PFCの出力信号u
p,downを積分して、電圧制御型発振回路VCOの発振周波
数の制御電圧VCを形成する。この電圧制御型発振回路VC
Oの発振周波数信号は、特に制限されないが、分周回路C
OUNTによって1/Nに分周される。このようなPLL回路によ
って、電圧制御型発振回路VCOから、上記基準周波数φr
efに対してN倍とされた発振出力信号が形成される。こ
の発振出力信号は、図示しないクロックパルス発生回路
PCGへ供給され、ここで必要なクロック信号が形成され
る。The low-pass filter (loop filter) LPF is
By the operation as described above, the output signal u of the phase comparison circuit PFC
The control voltage VC of the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator circuit VCO is formed by integrating p and down. This voltage controlled oscillator VC
Although the oscillation frequency signal of O is not particularly limited,
It is divided into 1 / N by OUNT. With such a PLL circuit, the reference frequency φr from the voltage controlled oscillator circuit VCO
An oscillation output signal N times as large as ef is formed. This oscillation output signal is generated by a clock pulse generation circuit (not shown).
It is supplied to the PCG, where the required clock signal is formed.
なお、このPLL回路をCODECに利用する場合、ディジタ
ル電話交換システム側から供給された8KHzの信号を上記
基準周波数信号φrefとして用い、上記電圧制御型発振
回路VCOから内部回路動作に必要な数MHzの高い周波数の
クロック信号を形成するものである。When this PLL circuit is used for a CODEC, the 8 KHz signal supplied from the digital telephone switching system side is used as the reference frequency signal φref, and the voltage controlled oscillator circuit VCO of several MHz required for internal circuit operation is used. It forms a high frequency clock signal.
(1)MOSFETに定電圧を供給して、そのドレインからそ
のしきい値電圧の変動に反比例的に変化する電流を形成
しておいて、それをダイオード形態のMOSFETに流すこと
により、そのしきい値電圧の変動分を相殺させた電圧を
形成することができる。これにより、MOSFETのしきい値
電圧の変動に対して、安定化された定電流を得ることが
できるという効果が得られる。(1) By supplying a constant voltage to the MOSFET, forming a current that changes in inverse proportion to the fluctuation of the threshold voltage from the drain, and flowing the current into the diode-type MOSFET, the threshold is increased. It is possible to form a voltage that cancels the variation of the value voltage. As a result, it is possible to obtain the effect that a stabilized constant current can be obtained with respect to the change in the threshold voltage of the MOSFET.
(2)上記(1)により安定化された定電流により差動
増幅回路のバイアス電流を形成することにより、諸特性
が安定化された差動増幅回路を得ることができるという
効果が得られる。(2) By forming the bias current of the differential amplifier circuit by the constant current stabilized by the above (1), it is possible to obtain the effect that the differential amplifier circuit having various characteristics stabilized can be obtained.
(3)上記定電流により、PLL回路における位相比較出
力の積分を行うロウパスフィルタに利用することによっ
て、PLLループゲインの高安定化を実現することができ
るという効果が得られる。(3) By using the constant current as a low-pass filter that integrates the phase comparison output in the PLL circuit, it is possible to obtain an effect that the PLL loop gain can be highly stabilized.
(4)上記(3)により、PLL回路が動作不能に陥るこ
とが防止できるから、PLL回路を含む半導体集積回路装
置の製品歩留りを高くできるという効果が得られる。(4) According to the above (3), it is possible to prevent the PLL circuit from becoming inoperable, so that the product yield of the semiconductor integrated circuit device including the PLL circuit can be increased.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。例えば、第1の回路
において、MOSFETの導電型を逆に構成するものであって
もよい。定電流源を構成するMOSFETは、それと電流ミラ
ー形態にされたバイアス回路におけるMOSFETのサイズ比
を適当に設定することにより、その比に従ったバイアス
定電流を形成することができるものである。また、PLL
回路を構成する電圧制御型発振回路、位相比較回路及び
分周回路の具体的回路構成は、種々の実施形態を採るこ
とができるものである。Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in the first circuit, the conductivity type of the MOSFET may be reversed. The MOSFET forming the constant current source is capable of forming a bias constant current according to the ratio by appropriately setting the size ratio of the MOSFET and the MOSFET in the bias circuit in the current mirror form. Also, PLL
Various embodiments can be adopted as the specific circuit configurations of the voltage control type oscillation circuit, the phase comparison circuit and the frequency dividing circuit which constitute the circuit.
この発明は、定電流回路を内蔵する半導体集積回路装
置に広く利用できるものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used for semiconductor integrated circuit devices containing a constant current circuit.
第1図は、この発明に係るバイアス回路の一実施例を示
す回路図、 第2図は、上記バイアス回路の1つの応用例である差動
増幅回路の回路図、 第3図は、上記バイアス回路の他の応用例であるロウパ
スフィルタの回路図、 第4図は、上記バイアス回路の他の応用例であるPLL回
路の回路図、 第5図は、この発明に先立って考えられているバイアス
回路の一例を示す回路図である。 VCO……電圧制御型発振回路、LPF……ロウパスフィル
タ、PFC……位相比較回路、COUNT……分周回路、IV1〜I
V6……インバータ回路、G1,G2……ナンドゲート回路FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a bias circuit according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit which is one application example of the bias circuit, and FIG. A circuit diagram of a low-pass filter which is another application example of the circuit, FIG. 4 is a circuit diagram of a PLL circuit which is another application example of the bias circuit, and FIG. 5 is considered prior to the present invention. It is a circuit diagram which shows an example of a bias circuit. VCO: Voltage controlled oscillator circuit, LPF: Low pass filter, PFC: Phase comparison circuit, COUNT: Divider circuit, IV1 to I
V6 ... Inverter circuit, G1, G2 ... NAND gate circuit
Claims (4)
する第1導電型の第1のMOSFETと、 上記第1の定電流を受ける第2導電型のMOSFETにより構
成された電流ミラー回路と、 上記電流ミラー回路の出力電流を受け、各々ダイオード
形態にされた第1導電型の複数の直列MOSFETと、 上記複数の直列MOSFETにより形成された電圧がそのゲー
ト・ソース間に供給された第1導電型の第2のMOSFETと
を含み、この第2のMOSFETのドレインから定電流を得る
ものとした定電流源回路を具備し、 上記第1のMOSFETと複数の直列MOSFETは、それらと共に
第2のMOSFETがプロセスバラツキによってしきい値電圧
の変動を受けたとき、第2のMOSFETのドレイン電流の変
動を補償するゲート・ソース間電圧を上記第2のMOSFET
に与えるチャンネルサイズ比を持つものであることを特
徴とする半導体集積回路装置。1. A first conductivity type first MOSFET which receives a first constant voltage to form a first constant current, and a second conductivity type MOSFET which receives the first constant current. A current mirror circuit, a plurality of first conductivity type series MOSFETs each in the form of a diode, which receives an output current of the current mirror circuit, and a voltage formed by the plurality of series MOSFETs are supplied between its gate and source. And a constant current source circuit configured to obtain a constant current from the drain of the second MOSFET, wherein the first MOSFET and the plurality of series MOSFETs include: The gate-source voltage that compensates for the variation in the drain current of the second MOSFET when the second MOSFET is subjected to the variation in the threshold voltage due to the process variation together with them is set to the second MOSFET.
A semiconductor integrated circuit device having a channel size ratio given to a semiconductor integrated circuit device.
ャンネル長で除した値をS1、上記複数の直列MOSFETが2
個であるときそのうちの一方のMOSFETのチャンネル幅を
そのチャンネル長で除した値をS2、上記2個の直列MOSF
ETのうちの他方のMOSFETのチャンネル幅をそのチャンネ
ル長で除した値をS3とするとき、上記チャンネルサイズ
比は、実質的に の関係を満足するものであ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装置。2. A value obtained by dividing the channel width of the first MOSFET by its channel length is S1, and the plurality of series MOSFETs are 2
If the number is one, the value obtained by dividing the channel width of one of the MOSFETs by the channel length is S2, the above two series MOSFs.
When the value obtained by dividing the channel width of the other MOSFET in ET by its channel length is S3, the above channel size ratio is substantially The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, characterized in that the relationship (1) is satisfied.
比較回路により形成されたアップ/ダウン信号を受けて
動作するスイッチMOSFETと直列形態に設けられた定電流
源として利用され、上記スイッチMOSFETを通した定電流
によってキャパシタの充放電がなされるロウパスフィル
タを含むPLL回路を構成するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路装置。3. The constant current source circuit is used as a constant current source provided in series with a switch MOSFET whose output current is operated by receiving an up / down signal formed by a phase comparison circuit. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, which constitutes a PLL circuit including a low pass filter in which a capacitor is charged and discharged by a constant current passing through a MOSFET.
れた差動増幅回路のバイアス電流を形成するものである
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
積回路装置。4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the constant current source circuit forms a bias current of a differential amplifier circuit composed of MOSFETs.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60134034A JPH084207B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60134034A JPH084207B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61294913A JPS61294913A (en) | 1986-12-25 |
JPH084207B2 true JPH084207B2 (en) | 1996-01-17 |
Family
ID=15118821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60134034A Expired - Lifetime JPH084207B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH084207B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3686176B2 (en) * | 1996-08-06 | 2005-08-24 | 株式会社ルネサステクノロジ | Constant current generation circuit and internal power supply voltage generation circuit |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS525204A (en) * | 1975-07-01 | 1977-01-14 | Seiko Epson Corp | Hearing aid |
-
1985
- 1985-06-21 JP JP60134034A patent/JPH084207B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61294913A (en) | 1986-12-25 |
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---|---|---|---|
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