JPH1188072A - Mos半導体集積回路 - Google Patents

Mos半導体集積回路

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JPH1188072A
JPH1188072A JP9248949A JP24894997A JPH1188072A JP H1188072 A JPH1188072 A JP H1188072A JP 9248949 A JP9248949 A JP 9248949A JP 24894997 A JP24894997 A JP 24894997A JP H1188072 A JPH1188072 A JP H1188072A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カレントミラー回路を有する半導体集積回路
において、高いミラー精度で動作できる電源電圧VDD
の範囲をより高電圧側へ拡張する。 【解決手段】 半導体集積回路に、入力電流Iiを入力
とするカレントミラー回路の出力側トランジスタN1R
のドレインへ順次直列接続された直列トランジスタN2
a,N2bと、該直列トランジスタN2a,N2bのそ
れぞれのゲートとグランドとの間へそれぞれ直列接続さ
れた基準電圧用トランジスタN31,N32及びN41
〜N46と、該基準電圧用トランジスタN31,N32
及びN41〜N46へそれぞれ定電流を供給するための
PMOSトランジスタP11a,P11bと、直列トラ
ンジスタN2bのドレインへ接続された出力側カレント
ミラー回路の入力側トランジスタP2Lと、出力電流I
oを供給するための出力側カレントミラー回路の出力側
トランジスタP2Rとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カレントミラー回
路を有するMOS半導体集積回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のMOS半導体集積回路を、図6〜
図8を参照して説明する。図6は、従来のMOS半導体
集積回路が有するカレントミラー回路の回路図である。
図6において、それぞれNMOSトランジスタである、
出力側トランジスタN1Rとダイオードとして動作する
ように接続された入力側トランジスタN1Lとは、Nc
hカレントミラー回路を構成する。また、それぞれPM
OSトランジスタである、出力側トランジスタP2Rと
ダイオードとして動作するように接続された入力側トラ
ンジスタP2Lとは、出力側カレントミラー回路である
Pchカレントミラー回路を構成する。Nchカレント
ミラー回路の出力側は、Pchカレントミラー回路が有
する入力側トランジスタP2Lのドレインへ接続され
る。
【0003】図6のカレントミラー回路の動作を説明す
る。電源電圧VDDがNchカレントミラー回路へ印加
されることにより、入力側トランジスタN1Lを流れる
入力電流Iiは、出力側トランジスタN1Rによってミ
ラーされる。Nchカレントミラー回路の出力側が接続
された、Pchカレントミラー回路が有する入力側トラ
ンジスタP2Lを流れる電流は、出力側トランジスタP
2Rによってミラーされる。該ミラーされた電流よりな
る出力電流Ioは、Pchカレントミラー回路によって
供給される。ここで、入力側トランジスタN1L及び出
力側トランジスタN1Rがそれぞれ有する電流増幅率
を、βL 及びβR とする。出力側及び入力側トランジス
タのミラー比、すなわちβR /βL だけを入力電流Ii
へ乗じた値の電流が、出力側トランジスタN1Rを流れ
る。簡単のためにこのミラー比を1とする。この場合に
は、出力側トランジスタN1Rを流れかつ入力電流Ii
に等しい電流が、該出力側トランジスタN1Rの負荷と
して接続されたPchカレントミラー回路の入力側トラ
ンジスタP2Lを電流駆動する。該Pchカレントミラ
ー回路のミラー比も簡単のために1とすると、Pchカ
レントミラー回路の出力電流IoはNchカレントミラ
ー回路の入力電流Iiに等しい。更に、それぞれのカレ
ントミラー回路のミラー比を適当に定めることによっ
て、入力電流Iiに応じた出力電流Ioを供給できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成によれば、実際の回路において電源電圧を高く
していくと、電流をミラーする際の精度が大きく低下す
る。以下、この理由を図7を参照して説明する。図7
は、ワイドロングのゲートを有するNMOSトランジス
タの、ドレイン・ソース間電圧対ドレイン電流特性(V
ds−Id特性)を示す特性図である。図7において、
しきい値電圧の実測値は約0.6Vである。Vds−I
d特性が有する飽和領域において、ドレイン・ソース間
電圧Vdsの増加に応じてドレイン電流Idがわずかに
増加する。
【0005】例として、ゲート・ソース間電圧Vgsが
1.2Vの場合を調べる。まず、飽和領域のうち、ドレ
イン・ソース間電圧VdsがNMOSトランジスタの出
力側動作点Aより低い領域で、ドレイン・ソース間電圧
Vdsの増加に応じてドレイン電流Idがわずかに増加
する。ゲート・ソース間電圧Vgsが1.5Vの場合に
は、このドレイン電流Idの増加はより顕著である。こ
のような飽和領域におけるドレイン電流Idの増加は、
ドレイン・ソース間電圧Vdsの増加に伴い、ドレイン
近傍のゲートにおいて空乏層が張り出すことによる短チ
ャネル効果によって説明される。次に、ドレイン・ソー
ス間電圧Vdsを出力側動作点Aより高くして増加させ
ると、ドレイン・ソース間電圧Vdsの増加に応じてド
レイン電流Idは大きく増加し始める。このことは、N
MOSトランジスタのドレイン端部における大きな電界
によって発生したホットエレクトロンが、ドレインから
基板へ直接流れる基板電流を増加させることにより説明
される。これら二つの原因により、飽和領域においてド
レイン電流Idを一定値にすることができない。したが
って、図7の特性を有するMOSトランジスタを用いた
カレントミラー回路においては、該MOSトランジスタ
の飽和領域においてドレイン電流Idを一定値に近似で
きないので、入力電流を正確にカレントミラーできな
い。
【0006】図6のカレントミラー回路の動作を、図7
を参照して説明する。入力側トランジスタN1Lと出力
側トランジスタN1Rとはいずれも、しきい値電圧Vt
n(=0.6V)と図7のVds−Id特性とを有し、
かつゲート・ソース間電圧Vgsとして1.2Vが印加
される。入力側トランジスタN1Lは、しきい値電圧V
tnより少し高いドレイン・ソース間電圧Vdsの値
(=1.2V)を、図7の入力側動作点とする。ここ
で、出力側カレントミラー回路が有する入力側トランジ
スタP2Lのしきい値電圧をVtpとする。出力側トラ
ンジスタN1Rは、電源電圧VDDが5Vである場合に
おいてドレイン・ソース間電圧VdsがVDD−Vtp
(V)より少し低いレベル、例えば3.6Vになるよう
に設計される。該ドレイン・ソース間電圧Vds(=
3.6V)は、出力側トランジスタN1Rにおける図7
の出力側動作点Aに相当する。したがって、電源電圧V
DDが5Vである場合には、出力側トランジスタN1R
は図7の出力側動作点Aで動作する。このため、該出力
側トランジスタN1Rにおけるドレイン電流Idは、入
力側トランジスタN1Lにおけるドレイン電流すなわち
入力電流Iiに比べてほとんど増加しない。電源電圧V
DDをさらに増加させて、例えばVDD=6.5Vとし
た場合には、出力側トランジスタN1Rのドレイン・ソ
ース間電圧Vdsの値は5.1Vになる。該ドレイン・
ソース間電圧Vds(=5.1V)は、出力側トランジ
スタN1Rにおける図7の出力側動作点Bに相当する。
この場合には、図7から、出力側トランジスタN1Rに
おけるドレイン電流は入力電流Iiよりも10%程度増
加することがわかる。電源電圧VDDをさらに増加させ
ると、出力側トランジスタN1Rにおいてドレイン・ソ
ース間電圧Vdsが増加するのでドレイン電流が増加
し、したがってPchカレントミラー回路における出力
電流Ioが急激に増加する。このことによってミラー関
係が急激に崩れる。以上説明したように、上記従来のカ
レントミラー回路を有するMOS半導体集積回路におい
ては、電源電圧VDDが高い場合におけるミラー動作の
精度を確保できないので、動作適用範囲の上限が低いと
いう問題があった。
【0007】ところで、精度を高めるためのカレントミ
ラー回路として、カスケード型カレントミラー回路があ
る。このカスケード型カレントミラー回路を、図8を参
照して説明する。図8は、カスケード型カレントミラー
回路の回路図である。図6のカレントミラー回路と同一
の構成要素へは、図6における符号と同一の符号を付し
てその説明を省略する。カレントミラー回路を構成す
る、入力側トランジスタN1LへNMOSトランジスタ
N1L’を、出力側トランジスタN1RへNMOSトラ
ンジスタN1R’を、それぞれ直列接続する。入力側の
トランジスタN1L’はダイオード接続し、かつ該トラ
ンジスタN1L’のゲートを出力側のトランジスタN1
R’のゲートへ接続する。この回路構成によって、入力
側トランジスタN1Lのドレイン電圧VL’と、出力側
トランジスタN1Rのドレイン電圧VR’とをほぼ同じ
値にできる。したがって、カレントミラー回路を構成す
るトランジスタN1LとN1Rとのドレイン電流を、い
ずれもドレイン電圧にほとんど依存しないようにするこ
とができる。しかし、入力側トランジスタN1Lの入力
側動作点は、しきい値電圧Vtnより少し高いドレイン
・ソース間電圧Vdsの値(=1.2V)であるため、
出力側トランジスタN1Rのドレイン電圧VR’、すな
わち出力側トランジスタN1Rへ直列接続されたトラン
ジスタN1R’のソース電圧も1.2V程度になる。し
たがって、該トランジスタN1R’において、ドレイン
から基板へ直接流れる基板電流が増加し始める際の電源
電圧VDDの値は、通常のカレントミラー回路の場合に
対して1.2V程度増加するだけである。このことによ
り、カスケード型カレントミラー回路においては、高精
度でカレントミラーできる電源電圧VDDの範囲を1.
2V程度しか高電圧側へ拡張できない。
【0008】本発明は、上記従来の問題に鑑み、電源電
圧VDDが高い場合においても、高精度でカレントミラ
ーすることができるMOS半導体集積回路を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、カレントミラー回路を有するMOS半
導体集積回路を、カレントミラー回路が有する第1導電
型の出力側トランジスタのドレインと該カレントミラー
回路の出力との間へ接続された1個又は複数の第1導電
型の直列トランジスタと、同じ値の定電流をそれぞれ生
成するための1個又は複数の定電流源と、直列トランジ
スタのそれぞれが有するゲートへ等しい又は異なる基準
電圧をそれぞれ印加するためのトランジスタであって、
定電流源のそれぞれとグランドとの間へ直列接続され、
かつダイオードとして動作するように接続された1個又
は複数の基準電圧用トランジスタとを備えた構成とした
ものである。
【0010】上記の構成により、それぞれの直列トラン
ジスタのゲートへ印加された基準電圧に応じて、それぞ
れの直列トランジスタ及び出力側トランジスタのドレイ
ン・ソース間電圧を所定の値以下に抑えられる。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)本発明に係るMOS半導体集積回路
の第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図
1は、本実施形態に係るMOS半導体集積回路が有する
カレントミラー回路の回路図である。従来の回路と同一
の構成要素へは、図6における符号と同一の符号を付し
てその説明を省略する。図1において、直列トランジス
タN2a,N2bは、Nchカレントミラー回路が有す
る出力側トランジスタN1Rのドレインへ順次直列接続
されたNMOSトランジスタである。直列トランジスタ
N2bのドレインは、出力側カレントミラー回路が有す
る入力側トランジスタP2Lのドレインへ接続される。
PMOSトランジスタP10,P11a,P11bは、
定電流源であるPchカレントミラー回路を構成するト
ランジスタである。NMOSトランジスタN10は、P
MOSトランジスタP10の負荷である。2個の基準電
圧用トランジスタN31,N32は、直列トランジスタ
N2aのゲートへ印加する第1の基準電圧Vrefaを
生成するための、それぞれダイオード接続され、かつ直
列接続されたNMOSトランジスタである。6個の基準
電圧用トランジスタN41〜N46は、直列トランジス
タN2bのゲートへ印加する第2の基準電圧Vrefb
を生成するための、それぞれダイオード接続され、かつ
直列接続されたNMOSトランジスタである。Nchカ
レントミラー回路の出力電流であるミラー電流Iに対し
て、直列トランジスタN2a,N2bが充分な電流駆動
能力を持つように、該直列トランジスタN2a,N2b
のサイズが設計される。また、直列トランジスタN2
a,N2bのゲート・ソース間電圧は、該直列トランジ
スタのしきい値電圧Vtnより大きい値を有する所定の
電圧以下、望ましくはVtn+2(V)以下になるよう
に設定される。
【0012】定電流源であるPchカレントミラー回路
の動作及び各基準電圧の生成を、それぞれ説明する。P
MOSトランジスタP10を流れる電流に応じた定電流
が、PMOSトランジスタP11a,P11bをそれぞ
れ流れる。すなわち、PMOSトランジスタP11a,
P11bは、同じ値の定電流をそれぞれ生成するための
定電流源である。第1の基準電圧Vrefaは、PMO
SトランジスタP11aから供給された定電流を、基準
電圧用トランジスタN31,N32へ流すことによって
生成される。第2の基準電圧Vrefbは、PMOSト
ランジスタP11bから供給された定電流を、基準電圧
用トランジスタN41〜N46へ流すことによって生成
される。
【0013】図1の各基準電圧の特性を、図2を参照し
て説明する。図2は、電源電圧VDDと、第1の基準電
圧Vrefa及び第2の基準電圧Vrefbとの関係を
示す特性図である。各基準電圧用トランジスタのサイズ
と各定電流源から供給される電流値とを調整することに
よって、図2の特性を実現できる。図2において、第1
の基準電圧Vrefaと第2の基準電圧Vrefbと
は、電源電圧VDDが各基準電圧についての所定電圧に
等しくなるまでは該電源電圧VDDに等しい値をとり、
かつ、電源電圧VDDが各基準電圧についての所定電圧
を超えた場合には該所定電圧に等しい値を保つようにそ
れぞれ設定される。したがって、電源電圧VDDが、高
い方の基準電圧である第2の基準電圧Vrefbについ
ての所定電圧を超えた場合には、第1の基準電圧Vre
faと第2の基準電圧Vrefbとの電位差は一定にな
る。該電位差は、所定のレベル以下になるように設定さ
れる。また、最も低い基準電位である第1の基準電圧V
refaの値は、該第1の基準電圧Vrefaをゲート
電圧とする直列トランジスタN2aが、そのソース電圧
である電圧Vaを所定の値以下に抑えるように設定され
る。したがって、カレントミラー回路の出力側トランジ
スタN1Rのドレイン電圧が該所定の値以下に抑えられ
る。
【0014】図1のカレントミラー回路の動作を、図2
と図7とを参照しつつ具体的な値を用いて説明する。図
2において、電源電圧VDDの所定電圧を、第1の基準
電圧Vrefaに対して2.4V、第2の基準電圧Vr
efbに対して4.8Vにそれぞれ設定する。入力側ト
ランジスタN1Lと出力側トランジスタN1Rとのゲー
ト電圧、すなわち入力電圧VLを1.2Vに設定する。
【0015】電源電圧VDDがVDD≧4.8Vの場合
において、まず、出力側トランジスタN1Rの動作点に
ついて説明する。出力側トランジスタN1Rのドレイン
電圧は、第1の基準電圧Vrefaをゲート電圧とする
直列トランジスタN2aのソース電圧である電圧Vaに
よって制限される。すなわち、出力側トランジスタN1
Rのドレイン・ソース間電圧は、αを所定の定数とし
て、 Vrefa−Vtn−α=2.4−0.6−α=1.8−α(V) と等しくなる。したがって、出力側トランジスタN1R
の動作点におけるドレイン・ソース間電圧を、図7の入
力側動作点(=1.2V)と比較してあまり差がないよ
うに、かつ、図7の出力側動作点A(=3.6V)より
低くなるように設定できる。ところで、出力側トランジ
スタN1Rにおいて、ドレイン・ソース間電圧Vdsが
図7の入力側動作点(=1.2V)から出力側動作点A
(=3.6V)までの値をとる場合には、ドレイン電流
Idは該入力側動作点における値からわずかに増加する
だけである。したがって、図7の入力側動作点(=1.
2V)におけるドレイン電流と比較して、出力側トラン
ジスタN1Rの動作点におけるドレイン電流はわずかし
か増加しない。また、出力側トランジスタN1Rが飽和
領域で使用されるように、該出力側トランジスタN1R
のドレイン電圧が、入力電圧VLと等しいゲート電圧か
らしきい値電圧Vtnを引いた値(=VL−Vtn)以
上になる条件を満たす必要がある。この条件を満たす直
列トランジスタN2aのソース電圧を得られるように、
該直列トランジスタN2aのサイズを決定する。該直列
トランジスタN2aのサイズを調整することによって、
出力側トランジスタN1Rのドレイン・ソース間電圧
を、図7の入力側動作点(=1.2V)へさらに合わせ
込むことができる。このことにより、出力側トランジス
タN1Rの動作点を最適化できるので、カレントミラー
回路における入力電流Iiとミラー電流Iとのミラー比
の精度を向上できる。
【0016】次に、直列トランジスタN2aの動作点を
説明する。直列トランジスタN2aにおいて、ゲートへ
印加される第1の基準電圧Vrefa(=2.4V)に
対してソース電圧である電圧Vaが1.2Vになるよう
に、該直列トランジスタN2aのサイズが決定される。
直列トランジスタN2bにおいて、ゲートへ印加される
第2の基準電圧Vrefb(=4.8V)に対してソー
ス電圧である電圧Vbが3.6Vになるように、該直列
トランジスタN2bのサイズが決定される。このことに
より、直列トランジスタN2aのドレイン・ソース間電
圧Vdsを2.4Vに、すなわち図7の出力側動作点A
における電圧(=3.6V)より低くなるように設定で
きる。したがって、直列トランジスタN2aのドレイン
端部においてホットエレクトロンが発生しないので、ド
レインから基板へ直接流れる基板電流を抑制できる。
【0017】一方、直列トランジスタN2bにおいて
は、ドレイン端部におけるホットエレクトロンが発生し
ない条件として、図7からドレイン・ソース間電圧Vd
sが3.6Vになるように設定できる。したがって、カ
レントミラー回路が高精度でカレントミラーできる出力
電圧VR(=Vb+直列トランジスタN2bのVds)
の最大値は7.2Vになり、かつ、対応する電源電圧V
DDの値も増加する。このことから、従来のカレントミ
ラー回路の出力電圧が最大3.6Vであるのと比較して
該出力電圧VRを大幅に増加できるので、印加される電
源電圧VDDの範囲を高電圧側へ大幅に拡張できる。
【0018】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、カレントミラー回路の出力側トランジスタへ適当な
サイズのMOSトランジスタを直列に接続し、該MOS
トランジスタのゲートへ適当な基準電圧を印加する。こ
のことにより、出力側トランジスタ及び接続されたMO
Sトランジスタが、それぞれ所定のドレイン・ソース間
電圧Vdsの範囲で、すなわちVds−Id特性の飽和
領域で動作する。したがって、高精度でカレントミラー
することができる電源電圧VDDの範囲を、より高電圧
側へ拡張できる。
【0019】なお、以上の説明においては、直列トラン
ジスタが2個の場合を説明した。これに限らず、1個の
直列トランジスタを使用した場合においても、高精度で
カレントミラーすることができる電源電圧VDDの範囲
を高電圧側へ拡張できることはいうまでもない。また、
直列トランジスタをさらに追加し、該追加された直列ト
ランジスタのゲートに対してそれぞれ適当な基準電圧を
印加することもできる。このことにより、カレントミラ
ーの精度を確保できる電源電圧VDDの範囲を高電圧側
へさらに拡張できる。また、基準電圧用トランジスタ
は、NMOSトランジスタ以外のトランジスタであって
もよい。
【0020】(第2の実施形態)本発明に係るMOS半
導体集積回路の第2の実施形態を、図面を参照しながら
説明する。図3は、本実施形態に係るMOS半導体集積
回路が有するカレントミラー回路の回路図である。第1
の実施形態と同一の構成要素へは、図1における符号と
同一の符号を付してその説明を省略する。図3におい
て、PMOSトランジスタP2L,P2R,P11a,
P11b及びP20は、Pchカレントミラー回路を構
成するトランジスタである。そのうちPMOSトランジ
スタP2L,P2Rは、出力側カレントミラー回路を構
成する。PMOSトランジスタP2R,P11a,P1
1b及びP20のゲートへは、PMOSトランジスタP
2Lのゲートがそれぞれ接続される。Pchカレントミ
ラー回路のうちPMOSトランジスタP11a,P11
bは、それぞれのドレインが基準電圧用トランジスタN
32,N46のドレインへそれぞれ接続された、基準電
圧用カレントミラー回路を構成する定電流源である。N
MOSトランジスタN20は、Pchカレントミラー回
路が有する出力の1つに接続された負荷回路であり、か
つ、PMOSトランジスタP20と併せてインバータを
構成する。PMOSトランジスタP12a,P12b
は、それぞれのゲートが該インバータの出力、すなわち
PMOSトランジスタP20のドレインへ接続され、そ
れぞれのドレインが直列トランジスタN2a,N2bの
ゲートへそれぞれ接続され、かつ、それぞれのソースが
電源電圧VDDへ接続されたスタートアップ用トランジ
スタである。
【0021】図3における、基準電圧用カレントミラー
回路の動作を説明する。出力側トランジスタN1Rを流
れる電流は、入力側トランジスタP2Lを介して、PM
OSトランジスタP2R,P11a,P11b及びP2
0によってミラーされる。したがって、入力電流Iiを
定数倍した電流を、基準電圧用カレントミラー回路の定
電流源であるPMOSトランジスタP11aの負荷側へ
流すことができる。基準電圧用トランジスタN31,N
32のサイズを、出力側トランジスタN1R及び直列ト
ランジスタN2aのサイズのそれぞれ定数倍にすること
により、電圧Va’を電圧Vaに等しく、ひいては入力
電圧VLに等しくすることができる。このことは、カレ
ントミラー回路の対称的な位置関係にあるトランジスタ
のドレイン電圧を等しくすることなので、正確なミラー
比によってカレントミラーできる。
【0022】図3における、スタートアップ用トランジ
スタP12a,P12bの動作を説明する。電源投入時
においては、第1及び第2の基準電圧Vrefa,Vr
efbがいずれも0Vなので、直列トランジスタN2
a,N2bはいずれもオフである。このことにより、入
力側トランジスタP2Lへ電流が流れない。したがっ
て、出力側トランジスタP2Rへ電流が流れないので、
出力電流Ioは流れない。同時に、PMOSトランジス
タP11a,P11bへ電流が流れないので、基準電圧
用トランジスタ用N31,N32,N41〜N46へ電
流が流れない。したがって、第1及び第2の基準電圧V
refa,Vrefbはいずれも0Vのままなので出力
電流Ioは流れず、カレントミラー回路は動作しないま
まである。このことを避ける目的で、NMOSトランジ
スタN20とPMOSトランジスタP20とからなるイ
ンバータによって、入力側トランジスタP2Lのゲート
電圧を反転し、かつ該反転された電圧をスタートアップ
用トランジスタP12a,P12bのゲートへそれぞれ
印加する。電源投入時においては、入力側トランジスタ
P2Lへ電流が流れないのでそのゲート電圧は“H”レ
ベルである。したがってインバータの出力は“L”レベ
ルとなるので、スタートアップ用トランジスタP12
a,P12bがいずれもオンする。このことにより基準
電圧用トランジスタ用N31,N32,N41〜N46
へ電流が流れるので、第1及び第2の基準電圧Vref
a,Vrefbが生成される。したがって、直列トラン
ジスタN2a,N2bがいずれもオンして入力側トラン
ジスタP2Lへ電流が流れるので、出力側トランジスタ
P2Rへ電流、すなわち出力電流Ioが流れてカレント
ミラー回路は動作を開始する。この状態においては、イ
ンバータの入力、すなわちPMOSトランジスタP20
のゲート電圧は“L”レベルとなり、インバータの出
力、すなわちPMOSトランジスタP20のドレイン電
圧は“H”レベルとなるので、スタートアップ用トラン
ジスタP12a,P12bがいずれもオフする。
【0023】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、出力電流Ioを出力するための出力側カレントミラ
ー回路であるPchカレントミラー回路において、基準
電圧用の定電流源であるPchトランジスタ11a,1
1bを設ける。したがって、入力電流Iiの定数倍の電
流が基準電圧用トランジスタN31,N32を流れる。
このことにより、該基準電圧用トランジスタN31,N
32を、出力側トランジスタN1R及び直列トランジス
タN2aに対して適当に設計すれば、電圧Va’を電圧
Vaに等しく、ひいては入力電圧VLに等しくすること
ができる。したがって、カレントミラー回路の対称的な
位置関係にあるトランジスタのドレイン電圧を等しくす
るので、正確なミラー比によってカレントミラーでき
る。
【0024】なお、ここまで、直列トランジスタN2
a、PMOSトランジスタP11a、及び基準電圧用ト
ランジスタN31,N32よりなる回路を説明した。直
列トランジスタN2b、PMOSトランジスタP11
b、及び基準電圧用トランジスタN41〜N46よりな
る回路も同様に動作することはいうまでもない。
【0025】(第3の実施形態)本発明に係るMOS半
導体集積回路の第3の実施形態を、図面を参照しながら
説明する。図4は、本実施形態に係るMOS半導体集積
回路が有するカレントミラー回路の回路図である。第1
の実施形態と同一の構成要素へは、図1における符号と
同一の符号を付してその説明を省略する。図4におい
て、カレントミラー回路の入力側トランジスタN1L
h,出力側トランジスタN1Rh,直列トランジスタN
2ah,N2bhは、いずれも高耐圧構造トランジスタ
であって、高耐圧構造ドレイン52をそれぞれ有するN
MOSトランジスタである。
【0026】図5は、高耐圧構造ドレインを有するNM
OSトランジスタの構造図である。図5において、ソー
ス50とゲート51と高耐圧構造ドレイン52とは、併
せてNMOSトランジスタを構成する。NMOSトラン
ジスタにおいて、ドレイン52の側における濃い不純物
の拡散注入領域N+ の端からゲート端までの第1の距離
を、ソース50の側における拡散注入領域N+ の端から
ゲート端までの第2の距離よりも大きくとる。この構造
は、拡散注入領域N+ を形成するためのマスクにおい
て、第1の距離を第2の距離より大きい所定の値に設定
すること(マスクオフセット)等によって形成される。
このことにより、ドレイン近傍の電界が緩和されるので
ドレインを高耐圧にすることができ、かつ、ドレイン・
ソース間電圧Vdsの同じ値に対する基板電流を低減で
きる。なお、ドレインに限らず高耐圧構造を形成するこ
ともできる。
【0027】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、同一のミラー精度を保証する場合には、ドレインを
高耐圧化できるのでカレントミラー回路をより高い電源
電圧VDDにおいて使用できる。また、出力側トランジ
スタN1Rh及び直列トランジスタN2ah,N2bh
の段数が同じ場合には、電源電圧VDDの同じ値に対す
る基板電流が減少するのでミラー精度を向上できる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、出力側トランジスタ及
び直列トランジスタが、それぞれVds−Id特性の飽
和領域で動作するので、高精度でカレントミラーするこ
とができる電源電圧の範囲をより高電圧側へ拡張でき
る。また、カレントミラー回路の対称的な位置関係にあ
るトランジスタのドレイン電圧を等しくするので、正確
なミラー比によるカレントミラーが可能になる。また、
同一のミラー精度を保つ場合にはカレントミラー回路を
より高い電源電圧において使用でき、出力側トランジス
タ及び直列トランジスタの段数が同じ場合にはミラー精
度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るMOS半導体集
積回路が有するカレントミラー回路の回路図である。
【図2】第1及び第2の基準電圧と電源電圧との関係を
示す特性図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るMOS半導体集
積回路が有するカレントミラー回路の回路図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に係るMOS半導体集
積回路が有するカレントミラー回路の回路図である。
【図5】高耐圧構造ドレインを有するNMOSトランジ
スタの構造図である。
【図6】従来のMOS半導体集積回路が有するカレント
ミラー回路の回路図である。
【図7】NMOSトランジスタのVds−Id特性を示
す特性図である。
【図8】カスケード型カレントミラー回路の回路図であ
る。
【符号の説明】
I ミラー電流 Ii 入力電流 Io 出力電流 N1L,P2L 入力側トランジスタ N1R,P2R 出力側トランジスタ N2a,N2b 直列トランジスタ N31,N32,N41〜N46 基準電圧用トランジ
スタ P11a,P11b PMOSトランジスタ(定電流
源) VDD 電源電圧 VL 入力電圧 VR 出力電圧 Vrefa 第1の基準電圧 Vrefb 第2の基準電圧

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カレントミラー回路を有するMOS半導
    体集積回路であって、 前記カレントミラー回路の入力電流に応じた電流を出力
    側において流すための、該カレントミラー回路が有する
    第1導電型の出力側トランジスタと、 前記出力側トランジスタのドレインと前記カレントミラ
    ー回路の出力との間へ接続された第1導電型の直列トラ
    ンジスタであって、ソースが前記出力側トランジスタの
    ドレインに接続され、かつ電源電圧とグランドとの間の
    値を有する基準電圧がゲートに印加された1個のトラン
    ジスタ、又は各ドレインが隣接トランジスタのソースに
    各々接続するように直列接続され、かつ異なる値を有す
    る複数の前記基準電圧が各々ゲートに印加された複数の
    トランジスタとを備えたことを特徴とするMOS半導体
    集積回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記直列トランジスタの各々は、ドレイン・ソース間電
    圧対ドレイン電流特性の飽和領域における動作点と、該
    直列トランジスタのしきい値電圧より一定値だけ大きい
    所定の電圧以下の値を有するゲート・ソース間電圧とを
    備えたことを特徴とするMOS半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記直列トランジスタは、該直列トランジスタのうち前
    記出力側トランジスタのドレインへ接続されたトランジ
    スタのゲートに印加される基準電圧が最も低く、かつ該
    トランジスタから離れるに従って順次高く又は等しくな
    るように各々基準電圧が印加されたことを特徴とするM
    OS半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 同じ値の定電流を各々生成するための1個又は複数の定
    電流源と、 前記1個又は複数の定電流源の各々とグランドとの間へ
    直列接続され、かつダイオードとして動作するように接
    続された、前記基準電圧を生成するための1個又は複数
    の基準電圧用トランジスタとを更に備えたことを特徴と
    するMOS半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記1個又は複数の定電流源は、各々前記カレントミラ
    ー回路の入力電流に比例した電流を生成するための定電
    流源であることを特徴とするMOS半導体集積回路。
  6. 【請求項6】 請求項4記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記1個又は複数の定電流源は、前記直列トランジスタ
    のうち前記出力側トランジスタのドレインから最も離れ
    たトランジスタのドレインに接続された、第2導電型の
    トランジスタからなりかつ1個又は複数のミラー出力を
    有する基準電圧用カレントミラー回路によって構成さ
    れ、 前記1個又は複数のミラー出力のうちの少なくとも1個
    よりなる第1のミラー出力が前記直列トランジスタのゲ
    ートへ各々接続されたことを特徴とするMOS半導体集
    積回路。
  7. 【請求項7】 請求項6記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記1個又は複数のミラー出力のうちの1個である第2
    のミラー出力へ接続した負荷回路と、 前記第2のミラー出力がゲートへ印加され、前記直列ト
    ランジスタのゲートがドレインへ接続され、かつ電源電
    圧がソースへ印加された1個又は複数の第2導電型のス
    タートアップ用トランジスタとを更に備えたことを特徴
    とするMOS半導体集積回路。
  8. 【請求項8】 請求項1記載のMOS半導体集積回路で
    あって、 前記カレントミラー回路を構成する第1導電型の入力側
    トランジスタ及び前記出力側トランジスタの少なくとも
    ドレインにおいて高耐圧構造を備え、又は前記直列トラ
    ンジスタの少なくともドレインにおいて高耐圧構造を備
    えたことを特徴とするMOS半導体集積回路。
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