JPH1126694A - リーク電流補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣ、ＬＳＩ上の素子の寄生ダイオードのリ
ーク電流を補償する。 【解決手段】 ドレインに回路２０、ゲートに回路３０
が接続され、ソースが電源ＶＳＳに接続されたｎＭＯＳ
トランジスタＭ１における寄生ダイオードＤ１ｄに流れ
るリーク電流をｎＭＯＳトランジスタＭＣの補償ダイオ
ードＤＣｄに流れる電流をカレントミラー回路１０を介
し、寄生ダイオードＤ１ｄに供給することで補償する。
カレントミラー回路１０と、補償ダイオードＤＣｄ及び
寄生ダイオードＤ１ｄに至る経路には、電圧追従回路４
０が設けられ、補償ダイオードと寄生ダイオードのバイ
アス電圧をほぼ同一に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩにお
けるリーク電流補償回路、特に寄生ダイオードの逆方向
リーク電流の電圧依存性への対処に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なＣＭＯＳ製造工程によって製作
したｎＭＯＳトランジスタ、ｐＭＯＳトランジスタにお
いては、図１のようにソースｓ若しくはドレインｄと基
板（又はウェル）ｂとの間に各々寄生ダイオードが存在
する。この寄生ダイオードは、通常、零若しくは逆バイ
アス状態にあり、逆バイアス時にはわずかながらリーク
電流が流れる。

【０００３】図２に示すように、ｎＭＯＳトランジスタ
Ｍ１のドレインに回路ブロック１０が、ゲートに回路ブ
ロック２０が、ソースに電源ＶＳＳが接続された回路を
設計する場合、ソース側の寄生ダイオードＤ１ｓは零バ
イアスの状態になるのでリーク電流は流れない。一方、
ドレイン側の寄生ダイオードＤ１ｄは逆バイアス状態に
なるので、リーク電流ＩＬが存在する。このリーク電流
ＩＬは、通常極めて小さいので、回路設計上は無視し
て、回路ブロック１０からの出力電流ＩｉｎがｎＭＯＳ
トランジスタＭ１のドレイン電流Ｉｄｓと等しい、すな
わち Ｉｉｎ＝Ｉｄｓ （１） として設計がなされる。

【０００４】ところが、高温になるとリーク電流ＩＬは
急激に増加するので、無視できなくなり、 Ｉｉｎ＝Ｉｄｓ＋ＩＬ （２） となる。

【０００５】こうなると回路は、もはや設計通りの動作
をしなくなり、電流Ｉｉｎの増加、若しくはＩｄｓの減
少若しくはこれらの双方が生じることになる。

【０００６】このリーク電流の対策として、我々は、特
開平８−３４０２４６号公報において、図３に示す寄生
ダイオードと同じ特性をもつ補償ダイオードを有するリ
ーク電流補償回路を追加する方法を提案した。そこで、
この回路の動作を簡単に説明する。

【０００７】ｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃを設け、この
ソース及びゲートを電源ＶＳＳに接続すると、ソースと
電源ＶＳＳ間に寄生ダイオードである補償ダイオードＤ
１Ｃｄが存在する。この補償ダイオードＤ１Ｃの逆方向
電流ＩＣを、入力電流と出力電流の大きさの等しいカレ
ントミラー回路１０の入力電流Ｉ０とすると、カレント
ミラー回路１０の出力電流Ｉ１との関係は、 Ｉ０＝Ｉ１＝ＩＣ （３） となる。

【０００８】そして、寄生ダイオードＤ１ｄと補償ダイ
オードＤ１Ｃｄを全く同じ構造・大きさとすることで、
基本的には、 ＩＣ＝ＩＬ となるはずである。

【０００９】そこで、カレントミラー回路１０の出力電
流Ｉ１で、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流を補償す
ることで、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬにほ
ぼ等しい電流Ｉ１によりリーク電流を補償することがで
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
回路により、基本的には、寄生ダイオードによるリーク
電流の補償が可能になる。しかし、実際には次のような
問題点があった。

【００１１】寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬの
特性は、わずかながらバイアスの電圧に依存した大きさ
の電流となる。図４に、実測した２００℃におけるリー
ク電流のバイアス電圧依存性を示す。

【００１２】図３のリーク電流補償回路を用いて、ｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１の寄生ダイオードＤ１ｄのリーク
電流を補償する場合、補償ダイオードＤ１Ｃｄと寄生ダ
イオードＤ１ｄにバイアスされる電圧に相違が生じる可
能性がある。

【００１３】両者のバイアス電圧に相違が生じた場合、
両者の電流の大きさは同じ大きさにならない。したがっ
て、リーク電流補償回路は、補償すべき電流の大きさと
異なる大きさの電流で補償することになってしまう。

【００１４】具体的には、図３のリーク電流補償回路で
は、補償ダイオードＤ１Ｃｄのバイアス電圧は、電源電
圧ＶＤＤに近い電圧（ＶＤＤ＋Ｖｔｈｐ（ｐＭＯＳであ
るＭＭ０のしきい値電圧（＜０）））になり、ｎＭＯＳ
トランジスタＭ１のドレインｄの電圧（ＶＳＳ＋Ｖｔｈ
ｎ（ｎＭＯＳであるＭ１のしきい値電圧）になる。この
ように、寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス電圧がＶＳＳ
に近い電圧、又はＶＤＤとＶＳＳの中間付近の電圧であ
る場合には、図５に示すように、寄生ダイオードＤ１ｄ
の逆方向リーク電流と、ＶＤＤに近いバイアス電圧を有
する補償ダイオードＤ１Ｃｄの逆方向リーク電流とは同
じ大きさにならず、ＩＬ１−ＩＬ２の誤差が生じる。

【００１５】本発明は、これらの課題を解決することを
目的としてなされたものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、集積回路を構成する素子の寄生ダイオー
ドにおける逆方向リーク電流を補償する回路であって、
寄生ダイオードが接続されている電源と同じ電源に接続
された補償ダイオードと、前記補償ダイオードの電流に
応じた電流を出力するカレントミラー回路と、前記寄生
ダイオードに印加されるバイアス電圧と、ほぼ同一の電
圧を上記補償ダイオードに印加する電圧追従回路と、を
有し、前記カレントミラー回路から出力される電流によ
り、前記寄生ダイオードに流れる逆方向リーク電流を補
償することを特徴とする。

【００１７】このようにして、寄生ダイオードと同様の
特性を有する補償ダイオードに流れる電流をカレントミ
ラーを介し、寄生ダイオードのリーク電流の補償に利用
することで、リーク電流の補償が行える。そして、本発
明では、電圧追従回路を有しており、寄生ダイオードの
バイアス電圧に補償ダイオードのバイアス電圧を追従さ
せることができる。従って、寄生ダイオードが時間的に
変化するようにバイアスされ、バイアスに応じてリーク
電流の大きさが変化してしまう場合においても、補償ダ
イオードに寄生ダイオードと同じバイアスが与えられ
る。従って、リーク電流とほぼ同じ大きさの補償電流で
補償することができ、従来方式に比較してさらに高温度
領域まで高精度なリーク電流補償が可能になる。

【００１８】また、前記カレントミラー回路の出力電流
をリーク電流の補償電流として、前記寄生ダイオードの
他方の端子（電源に接続されていない端子）に供給、ま
たは引き抜くことが好適である。

【００１９】また、前記電圧追従回路は、４端子の回路
であって、第一の端子は、カレントミラー回路の入力側
に接続し、第二の端子は、カレントミラー回路の出力側
に接続し、第三の端子は前記補償ダイオードの他方の端
子（電源に接続されていない端子）に接続し、第四の端
子は前記寄生ダイオードの他方の端子（電源に接続され
ていない端子）に接続し、前記電圧追従回路の第三の端
子の電圧を第四の端子の電圧に応じた電圧の大きさと
し、前記電圧追従回路の第一の端子と第三の端子の電流
の大きさは等しく、前記電圧追従回路の第二の端子と第
四の端子の電流の大きさは等しくなるように動作するこ
とで、前記電圧追従回路の第三の端子に流れる電流と同
じ大きさの電流を前記寄生ダイオードのリーク電流の補
償電流として、第四の端子から前記寄生ダイオードの他
方の端子に供給、または引き抜くことが好適である。

【００２０】また、前記電圧追従回路は、補償ダイオー
ドの逆方向リーク電流を電流源とし、前記寄生ダイオー
ドの他方の端子に入力を接続したソースホロワ回路を有
し、このソースホロワ回路の動作電流を前記カレントミ
ラー回路の入力電流とし、かつ前記カレントミラー回路
の出力電流をリーク電流の補償電流として、前記寄生ダ
イオードの他方の端子に供給、または引き抜くことが好
適である。

【００２１】さらに、前記寄生ダイオードの他方の端子
は、ＭＯＳトランジスタのソースに接続され、前記ＭＯ
Ｓトランジスタのドレインはカレントミラー回路の入力
端子に接続され、前記ＭＯＳトランジスタのゲートは、
前記寄生ダイオードの他方の端子に接続して、前記補償
ダイオードの逆方向リーク電流を電流源とするソースホ
ロワ回路を構成することが好ましい。

【００２２】また、寄生ダイオードが接続されている電
源と同じ電源に接続された補償ダイオードと、補償ダイ
オードの逆方向リーク電流を電流源とし、前記寄生ダイ
オードの他方の端子に入力を接続したソースホロワ回路
と、ソースホロワ回路の動作電流を入力電流とするカレ
ントミラー回路を有し、前記カレントミラー回路の出力
に、新たなＭＯＳトランジスタのソースを接続し、前記
寄生ダイオードの他方の端子に、前記新たなＭＯＳトラ
ンジスタのドレインとゲートを接続し、前記補償ダイオ
ードのリーク電流の大きさに応じた電流をリーク電流の
補償電流として、前記寄生ダイオードの他方の端子に供
給、または引き抜くことが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
なお、ここでは説明を簡単化するために、全てのｎＭＯ
Ｓトランジスタ、ｐＭＯＳトランジスタのしきい値電圧
を、各々Ｖｔｈｎ（＞０）、Ｖｔｈｐ（＜０）とする。

【００２４】（第一実施形態）本発明の第一実施形態に
係わるリーク電流補償回路を説明する。図６は、ｎＭＯ
ＳトランジスタＭ１のドレイン端子に存在する寄生ダイ
オードＤ１ｄのリーク電流を補償する場合の回路構成で
ある。

【００２５】ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは回
路２０に接続し、ゲートは回路３０に接続し、ｐ−ｗｅ
ｌｌおよびソースは電源ＶＳＳ（基板又はバルク）に接
続している。ドレインと電源ＶＳＳ間、ソースと電源Ｖ
ＳＳ間に各々寄生ダイオードＤ１ｄ、Ｄ１ｓが存在す
る。寄生ダイオードＤ１ｓは、零バイアスなので電流は
流れないが、寄生ダイオードＤ１ｄには、逆バイアス電
圧が印加されるため、リーク電流ＩＬが流れる。

【００２６】このリーク電流ＩＬを補償するために、補
償ダイオードＤＣｄと、カレントミラー回路１０と、第
一から第四の端子を有する電圧追従回路４０を設ける。

【００２７】補償ダイオードＤＣｄは、寄生ダイオード
Ｄ１ｄと全く同じｐｎ接合の構造（同じ形状、面積、周
囲長、不純物濃度等）を有したダイオードである。この
補償ダイオードは次のようにして実現される。

【００２８】まず、ｎＭＯＳトランジスタＭ１と全く同
じｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃを作製する。このｐ−ｗ
ｅｌｌを電源ＶＳＳに接続すると共に、ゲートをＭ１Ｃ
がオフ状態になるように、例えば電源ＶＳＳに接続す
る。そして、このｎＭＯＳトランジスタＭＣのドレイン
と電源電圧ＶＳＳ間にできる寄生ダイオードを補償ダイ
オードＤＣｄとする。

【００２９】カレントミラー回路１０は、大きさの等し
い２つのｐＭＯＳトランジスタＭＭ０、ＭＭ１から構成
された基本的なカレントミラー回路であり、入力電流と
出力電流の大きさの比が１対１、すなわち等しくなって
いる。

【００３０】電圧追従回路４０は、４端子を有してお
り、カレントミラー回路１０と補償ダイオードＤＣｄ及
び寄生ダイオードＤ１ｄとの間に配置される。すなわ
ち、電圧追従回路４０の第一の端子は前記カレントミラ
ー回路１０の入力に接続され、第二の端子は前記カレン
トミラー回路１０の出力に接続され、第三の端子は前記
補償ダイオードＤＣｄの他方の端子（電源ＶＳＳに接続
されていない端子）に接続され、第四の端子は前記寄生
ダイオードＤ１ｄの他方の端子（電源ＶＳＳに接続され
ていない端子）に接続される。

【００３１】電圧追従回路４０は、その第三の端子の電
圧Ｖｈ３と第四の端子の電圧Ｖｈ４の関係は、 Ｖｈ３＝Ｖｈ４ （４） となり、第一と第三の端子の電流Ｉｈ１、Ｉｈ３の大き
さの関係は、 Ｉｈ１＝Ｉｈ３ （５） となり、第二と第四の端子の電流Ｉｈ２、Ｉｈ４の大き
さの関係は、 Ｉｈ２＝Ｉｈ４ （６） となるように動作する。

【００３２】ここで、ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレ
インの電圧Ｖ１とすると、電圧追従回路４０の第四の端
子の電圧Ｖｈ４は、 Ｖｈ４＝Ｖ１ （７） となり、式（４）より、 Ｖｈ３＝Ｖｈ４＝Ｖ１ （８） となる。

【００３３】従って、補償ダイオードＤＣｄには、ＭＯ
ＳトランジスタＭ１のドレイン、すなわち寄生ダイオー
ドＤ１ｄと同じ大きさの電圧が印加される。

【００３４】一方、補償ダイオードＤＣｄで生じたリー
ク電流ＩＣ０は、電圧追従回路４０の第三の端子の電流
Ｉｈ３となり、これと同じ大きさの電流が第一の端子の
電流Ｉｈ１となり、カレントミラー回路１０の入力電流
Ｉ０となる。従って、 Ｉ０＝Ｉｈ１＝Ｉｈ３ （９） となる。

【００３５】カレントミラー回路１０の入力電流Ｉ０と
出力電流Ｉ１の大きさの比は１対１なので、 Ｉ１＝Ｉ０ （１０） となる。このカレントミラー回路１０の出力電流Ｉ１
は、電圧追従回路４０の第二の端子の電流Ｉｈ２となる
ので、第４の端子の電流Ｉｈ４は、 となる。

【００３６】補償ダイオードＤＣｄは、寄生ダイオード
Ｄ１ｄと同じ特性を有するので、寄生ダイオードＤ１ｄ
と同じバイアス電圧の補償ダイオードＤＣｄで生じるリ
ーク電流ＩＣ０は、寄生ダイオードＤ１ｄで生じるリー
ク電流ＩＣと同じ大きさとなる。従って、 Ｉｈ４＝ＩＣ０＝ＩＣ （１２） となる。

【００３７】従って、電圧追従回路４０の第四の端子の
電流Ｉｈ４が、寄生ダイオードＤ１ｄで生じるリーク電
流ＩＬの補償電流ＩＣとなり、寄生ダイオードＤ１ｄの
リーク電流ＩＬと同じ大きさの電流ＩＣで補償すること
ができる。

【００３８】ところで、図７に示すように、カレントミ
ラー回路１０を構成するｐＭＯＳトランジスタＭＭ０、
ＭＭ１にも寄生ダイオードＤＭ０ｄ、ＤＭ０ｓ、ＤＭ１
ｄ、ＤＭ１ｓが存在する。しかし、カレントミラー回路
１０は大きな電流容量を必要としないため最小ルールで
設計でき、非常に小さなｐｎ接合の寄生ダイオードとな
り、そこで生じるリーク電流のレベルはＩＬ、ＩＣより
小さくできる。従って、カレントミラー回路１０の動作
に影響を与えない。

【００３９】ここで、図８は電圧追従回路４０の具体的
な回路構成を示しており、図９はこの電圧追従回路４０
によりｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン端子に存在
する寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流を補償した場合
を示している。

【００４０】電圧追従回路４０は、ｎＭＯＳトランジス
タＭ１０で構成され、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のド
レインを電圧追従回路４０の第一の端子とし、ｎＭＯＳ
トランジスタＭ１０のソースを電圧追従回路４０の第三
の端子とし、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲートを電
圧追従回路４０の第二と第四の端子とする。

【００４１】電流Ｉｈ１、Ｉｈ２、Ｉｈ３、Ｉｈ４の関
係は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０の寄生ダイオードＤ
Ｍ１０ｄ、ＤＭ１０ｓのリーク電流ＩＬ１０ｄ、ＩＬ１
０ｓとすると、 Ｉｈ１＝Ｉｈ３＋ＩＬ１０ｄ＋ＩＬ１０ｓ （１３） Ｉｈ２＝Ｉｈ４ （１４） となる。しかし、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０は、補償
ダイオードＤＣｄのリーク電流程度の電流しか扱わない
為に最小ルールで設計でき、そのため寄生ダイオードＤ
Ｍ１０ｄ、ＤＭ１０ｓも最小にでき、その結果リーク電
流ＩＬ１０ｄとＩＬ１０ｓは、電流Ｉｈ１とＩｈ３、即
ち補償ダイオードＤＣｄのリーク電流ＩＣ０に比較して
充分に小さくできる。そのため、リーク電流ＩＬ１０
ｄ、ＩＬ１０ｓの影響は無いと考えることができ、式
（１３）は次式のように表すことができる。

【００４２】Ｉｈ１＝Ｉｈ３ （１５） 従って、電流に関しては式（５）、（６）と同じように
表すことができ、電圧追従回路４０は、上述した動作を
行う。

【００４３】次に、電圧Ｖｈ３、Ｖｈ４について考え
る。ｎＭＯＳトランジスタＭ１０と補償ダイオードＤＣ
ｄは、補償ダイオードＤＣｄを負荷とし、補償ダイオー
ドＤＣｄのリーク電流を駆動電流とするソースホロワ回
路を構成する。ソースホロワ回路は電圧利得がほぼ１で
有り、入力電圧であるｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲ
ート電圧、即ち電圧Ｖｈ４の変化に対して、出力電圧で
あるｎＭＯＳトランジスタＭ１０のソースの電圧、即ち
電圧Ｖｈ３の変化は、１対１となる。

【００４４】この場合、電圧Ｖｈ３とＶｈ４の関係は次
式のようになる。

【００４５】Ｖｈ３≒Ｖｈ４−Ｖｔｈｎ （１６） これは、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０を流れる電流は、
補償ダイオードＤＣｄの逆方向リーク電流程度のため、
ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲート・ソース間電圧Ｖ
ｇｓ（ｎＭＯＳトランジスタＭ１０）に、しきい値電圧
Ｖｔｈｎ程度しか必要としないからである。

【００４６】従って、電圧Ｖｈ４が変化した場合、電圧
Ｖｈ３は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のしきい値電圧
Ｖｔｈｎの分だけずれてはいるが、電圧Ｖｈ４と同じ分
だけ変化して、電圧Ｖｈ４に追従した電圧となる。

【００４７】電圧Ｖｈ４は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１
のドレイン電圧、即ち寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス
電圧であり、電圧Ｖｈ３は補償ダイオードＤＣｄのバイ
アス電圧であり、図１０に示すように各々のバイアス電
圧に応じたリーク電流が流れる。

【００４８】このとき、寄生ダイオードＤ１ｄと補償ダ
イオードＤＣｄのリーク電流ＩＬ、ＩＣ０の差をΔＩと
すると、これらの関係は次式のようになる。

【００４９】ΔＩ＝ＩＬ−ＩＣ０ （１７） 従って、この場合の寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流
ＩＬを補償するための補償電流ＩＣは、式（１１）よ
り、 となる。

【００５０】つまり、バイアス電圧Ｖｈ４である寄生ダ
イオードＤ１ｄの逆方向電流ＩＬを、バイアス電圧Ｖｈ
４よりもｎＭＯＳトランジスタＭ１０のしきい値電圧Ｖ
ｔｈｎの分だけ小さな電圧Ｖｈ３である補償ダイオード
ＤＣｄの逆方向電流ＩＣ０で補償することになり、 ΔＩ＝ＩＬ−ＩＣ０ （１９） の分だけ誤差電流ΔＩを含んではいるものの、寄生ダイ
オードＤ１ｄのバイアス電圧に応じた電流で補償できる
ことになる。

【００５１】また、ＣＭＯＳプロセスにおいては、２種
類以上の異なるしきい値電圧を有するｎＭＯＳトランジ
スタやｐＭＯＳトランジスタを作り分けることが可能で
ある。

【００５２】従って、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のし
きい値電圧のみを、 Ｖｔｈｎ１≒０ ［Ｖ］ （２０） とした場合には、式（１６）は、 Ｖｈ３≒Ｖｈ４ （２１） となり、補償ダイオードＤＣｄのバイアス電圧を、ｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１のドレイン電圧、すなわち寄生ダ
イオードＤ１ｄのバイアス電圧とほぼ同じにできる。

【００５３】従って、ダイオードの逆方向電流特性がバ
イアス電圧依存性を有していても、寄生ダイオードＤ１
ｄの逆方向電流ＩＬ、補償ダイオードＤＣｄの逆方向電
流ＩＣ０は、 ＩＬ≒ＩＣ０ （２２） となり、補償電流ＩＣは、 ＩＣ≒ＩＬ （２３） となるので、特に精度よく補償できることになる。

【００５４】以上の動作により、補償ダイオードＤ１ｄ
での逆方向リーク電流ＩＣ０と同じ大きさの電流がｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１のドレインｄに供給される。すな
わち、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のしきい値電圧Ｖｔ
ｈｎ１が、 Ｖｔｈｎ１≒０ （２４） の場合には、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬと
同じ大きさの電流がｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイ
ンに供給される。その結果、回路２０からの電流はその
ままｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流となり、
リーク電流ＩＬの影響を受けにくくなる。

【００５５】このように、寄生ダイオードと全く同じ構
造の補償ダイオードの逆方向電流を利用することで、高
精度なリーク電流の補償が可能となる。

【００５６】なお、上述の第一実施形態では、補償ダイ
オードＤＣｄをｎＭＯＳトランジスタＭ１と全く同じ構
造のｎＭＯＳトランジスタＭ１Ｃのドレインの寄生ダイ
オードを利用したが、補償ダイオードＤ１Ｃの作製法は
この限りではない。例えば、ｎＭＯＳトランジスタＭ１
と同じｐ−ｗｅｌｌ内に、寄生ダイオードＤ１ｄと同程
度の大きさのｎ−ｔｙｐｅの領域を作製してできるダイ
オードを利用してもよい。

【００５７】また、カレントミラー回路１０は、図９で
示した回路方式に限定するものではない。要は、図１１
に示すように、入力端子からの電流Ｉ０と同じ大きさの
電流Ｉ１を出力端子から供給できれば良い。

【００５８】（第二実施形態）本発明の第二実施形態に
係わるリーク電流補償回路を説明する。前記電圧追従回
路４０のもう一つの具体的な構成例を図１２に、ｎＭＯ
ＳトランジスタＭ１のドレイン端子に存在する寄生ダイ
オードＤ１ｄのリーク電流を補償した場合の回路構成を
図１３に示す。

【００５９】図１２において電圧追従回路４０は、ｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１０とｐＭＯＳトランジスタＭ１１
で構成され、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のドレインは
電圧追従回路４０の第一の端子とし、ｎＭＯＳトランジ
スタＭ１０のソースは電圧追従回路４０の第三の端子と
し、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲートとｐＭＯＳト
ランジスタＭ１１のソースを接続して電圧追従回路４０
の第二の端子とし、ｐＭＯＳトランジスタＭ１１のドレ
インとゲートを接続して電圧追従回路４０の第四の端子
とする。

【００６０】電流Ｉｈ１、Ｉｈ２、Ｉｈ３、Ｉｈ４の関
係は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０の寄生ダイオードＤ
Ｍ１０ｄ、ＤＭ１０ｓのリーク電流ＩＬ１０ｄ、ＩＬ１
０ｓとして、ｐＭＯＳトランジスタＭ１１の寄生ダイオ
ードＤＭ１１ｄ、ＤＭ１１ｓのリーク電流ＩＬ１１ｄ、
ＩＬ１１ｓとすると、 Ｉｈ１＝Ｉｈ３＋ＩＬ１０ｄ＋ＩＬ１０ｓ （２５） Ｉｈ２＝Ｉｈ４−ＩＬ１１ｄ−ＩＬ１１ｓ （２６） となる。

【００６１】しかし、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０、ｐ
ＭＯＳトランジスタＭ１１は、補償ダイオードＤＣｄの
リーク電流程度の電流しか扱わない為に最小ルールで設
計でき、そのため寄生ダイオードＤＭ１０ｄ、ＤＭ１０
ｓ、ＤＭ１１ｄ、ＤＭ１１ｓも最小にでき、その結果リ
ーク電流ＩＬ１０ｄとＩＬ１０ｓ、ＩＬ１１ｄとＩＬ１
１ｓは、電流Ｉｈ１とＩｈ３、即ち補償ダイオードＤＣ
ｄのリーク電流ＩＣ０に比較して充分に小さくできる。
そのため、リーク電流ＩＬ１０ｄ、ＩＬ１０ｓ、ＩＬ１
１ｄ、ＩＬ１１ｓの影響は無いと考えることができ、式
（２５）は次式のように表すことができる。

【００６２】 Ｉｈ１＝Ｉｈ３ （２７） Ｉｈ２＝Ｉｈ４ （２８） 従って、電流に関しては式（５）、（６）と同じように
表すことがで、電圧追従回路４０本来の動作をする。

【００６３】次に電圧Ｖｈ３、Ｖｈ４について考える。
ｎＭＯＳトランジスタＭ１０と補償ダイオードＤＣｄ
は、補償ダイオードＤＣｄを負荷とし、補償ダイオード
ＤＣｄのリーク電流を駆動電流とするソースホロワ回路
を構成する。ソースホロワ回路は電圧利得がほぼ１で有
り、入力電圧であるｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲー
ト電圧、即ち電圧Ｖｈ２の変化に対して、出力電圧であ
るｎＭＯＳトランジスタＭ１０のソースの電圧、即ち電
圧Ｖｈ３の変化は、１対１となる。

【００６４】この場合、電圧ｖｈ２とＶｈ３の関係は次
式のようになる。

【００６５】Ｖｈ３≒Ｖｈ２−Ｖｔｈｎ （２９） これは、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０を流れる電流は、
補償ダイオードＤＣｄの逆方向リーク電流程度のため、
ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のゲート−ソース間電圧Ｖ
ｇｓ（Ｍ１０）に、しきい値電圧Ｖｔｈｎ程度しか必要
としないからである。

【００６６】また、電圧Ｖｈ２とＶｈ４の関係は、次式
のようになる。

【００６７】 Ｖｈ２≒Ｖｈ４＋｜Ｖｔｈｐ｜ （３０） これは、ｐＭＯＳトランジスタＭ１１を流れる電流は、
補償ダイオードＤＣｄの逆方向リーク電流ＩＣ０と同程
度のため、ｐＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート−ソー
ス間電圧Ｖｇｓ（Ｍ１１）に、しきい値電圧Ｖｔｈｐ程
度しか必要としないためである。

【００６８】従って、式（２９）、（３０）より、 Ｖｈ３＝Ｖｈ４＋｜Ｖｔｈｐ｜−Ｖｔｈｎ ＝Ｖｈ４＋ΔＶ （３１） となる。

【００６９】従って、電圧Ｖｈ４が変化した場合、電圧
Ｖｈ３は、ｐＭＯＳトランジスタＭ１１のしきい値電圧
｜Ｖｔｈｐ｜と、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のしきい
値電圧Ｖｔｈｎの差の電圧ΔＶの分だけずれてはいる
が、電圧Ｖｈ４の電圧変化に応じた電圧となる。

【００７０】電圧Ｖｈ４は、ｎＭＯＳトランジスタＭ１
のドレイン電圧、即ち寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス
電圧であり、電圧Ｖｈ３は補償ダイオードＤＣｄのバイ
アス電圧であり、図１４に示すように各々のバイアス電
圧に応じたリーク電流ＩＬ、ＩＣ０が流れる。

【００７１】このとき、寄生ダイオードＤ１ｄと補償ダ
イオードＤＣｄのリーク電流ＩＬ、ＩＣ０の差をΔＩと
すると、これらの関係は次式のようになる。

【００７２】ΔＩ＝ＩＬ−ＩＣ０ （３２） 従って、この場合の寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流
ＩＬを補償するための補償電流ＩＣは、式（１１）よ
り、 ＩＣ＝Ｉｈ４＝ＩＣ０ ＝ＩＬ−ΔＩ （３３） となる。

【００７３】つまり、バイアス電圧Ｖｈ４である寄生ダ
イオードＤ１ｄの逆方向電流ＩＬを、バイアス電圧Ｖｈ
４よりもｐＭＯＳトランジスタＭ１１のしきい値電圧｜
Ｖｔｈｐ｜と、ｎＭＯＳトランジスタＭ１０のしきい値
電圧Ｖｔｈｎの差の電圧ΔＶの分だけずれた電圧Ｖｈ３
でバイアスされた補償ダイオードＤＣｄの逆方向電流Ｉ
Ｃ０で補償することになり、 ΔＩ＝ＩＬ−ＩＣ０ （３４） の分だけ誤差電流ΔＩを含んではいるものの、寄生ダイ
オードＤ１ｄのバイアス電圧に応じた電流で補償できる
ことになる。

【００７４】一般的なＣＭＯＳプロセスにおける ｎＭ
ＯＳトランジスタとｐＭＯＳトランジスタのしきい値電
圧の大きさ（絶対値）は、およそ同程度である場合が多
く、そのような場合には電圧ΔＶは小さくなる。従っ
て、ΔＶによる補償電流の誤差ΔＩも小さくなる。従っ
て、寄生ダイオードＤ１ｄのバイアス電圧Ｖ１の変化に
応じた電流で補償することが可能となる。

【００７５】ここで、ｎＭＯＳトランジスタとｐＭＯＳ
トランジスタのしきい電圧の大きさを同程度、すなわ
ち、 ｜Ｖｔｈｎ｜≒｜Ｖｔｈｐ｜ （３５） の場合には、式（３１）は次式のように、 Ｖｈ３≒Ｖｈ４ （３６） となり、補償ダイオードＤＣｄのバイアス電圧は、寄生
ダイオードＤ１ｄのバイアス電圧とほぼ同じとなるの
で、ダイオードの逆方向電流がバイアス電圧依存性を有
していても、寄生ダイオードＤ１ｄと補償ダイオードＤ
Ｃｄの逆方向電流ＩＬとＩＣＯは、 ＩＬ≒ＩＣ０ （３７） となり、特に精度よく補償できることになる。

【００７６】以上の動作により、補償ダイオードＤ１ｄ
での逆方向リーク電流ＩＣ０と同じ大きさの電流がｎＭ
ＯＳトランジスタＭ１のドレインｄに供給される。すな
わち、ｎＭＯＳトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈｎと
ｐＭＯＳトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈｐが、 ｜Ｖｔｈｐ｜≒Ｖｔｈｎ （３８） の場合には、寄生ダイオードＤ１ｄのリーク電流ＩＬと
同じ大きさの電流がｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイ
ンに供給される。その結果、回路２０からの電流はその
ままｎＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流となり、
リーク電流ＩＬの影響を受けにくくなる。

【００７７】このように、寄生ダイオードと全く同じ構
造の補償ダイオードの逆方向電流を利用することで、高
精度なリーク電流の補償が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ｎ形基板に作製したｎＭＯＳトランジスタと
ｐＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを示す図であ
る。

【図２】 寄生ダイオードによって生じるリーク電流を
示す図である。

【図３】 従来のリーク電流補償回路を示す図である。

【図４】 リーク電流の電圧依存性（２００℃）を示す
図である。

【図５】 リーク電流補償の誤差を示す図である。

【図６】 本発明による第一実施形態に係わるリーク電
流補償回路を示す図である。

【図７】 カレントミラー回路を構成するＭＯＳトラン
ジスタの寄生ダイオードを示す図である。

【図８】 電圧追従回路の構成を示す図である。

【図９】 本発明の第一実施形態に係わるリーク電流補
償回路を示す図である。

【図１０】 リーク電流とバイアス電圧の関係を示す図
である。

【図１１】 カレントミラー回路１０の動作を示す図で
ある。

【図１２】 電圧追従回路の構成を示す図である。

【図１３】 本発明による第二実施形態に係わるリーク
電流補償回路を示す図である。

【図１４】 リーク電流とバイアス電圧の関係を示す図
である。

【符号の説明】

１０ カレントミラー回路、２０，３０ 回路ブロッ
ク、４０ 電圧追従回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路を構成する素子の寄生ダイオー
   ドにおける逆方向リーク電流を補償する回路であって、 寄生ダイオードが接続されている電源と同じ電源に接続
   された補償ダイオードと、 前記補償ダイオードの電流に応じた電流を出力するカレ
   ントミラー回路と、 前記寄生ダイオードに印加されるバイアス電圧と、ほぼ
   同一の電圧を上記補償ダイオードに印加する電圧追従回
   路と、 を有し、 前記カレントミラー回路から出力される電流により、前
   記寄生ダイオードに流れる逆方向リーク電流を補償する
   ことを特徴とするリーク電流補償回路。