JPS61138318A - 基準電圧発生回路 - Google Patents
基準電圧発生回路Info
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- JPS61138318A JPS61138318A JP26035484A JP26035484A JPS61138318A JP S61138318 A JPS61138318 A JP S61138318A JP 26035484 A JP26035484 A JP 26035484A JP 26035484 A JP26035484 A JP 26035484A JP S61138318 A JPS61138318 A JP S61138318A
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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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（以下、
ＭＯＳ）ランジスタと記す）で構成された基準電圧発生
回路に関する。
ＭＯＳ）ランジスタと記す）で構成された基準電圧発生
回路に関する。
（従来の技術）
一般に、集積回路において、アナログ・ディジタル変換
器、あるいけ、ディジタル拳アナログ変換器等を構成す
る場合、同一チップ内に基準電圧発生回路を設ける場合
が数多くある。しかも、この基準電圧は温度変動に対し
て極めて安定であることが要求される。
器、あるいけ、ディジタル拳アナログ変換器等を構成す
る場合、同一チップ内に基準電圧発生回路を設ける場合
が数多くある。しかも、この基準電圧は温度変動に対し
て極めて安定であることが要求される。
従来、ＭＯＳ集積回路における基準電子発生回路の一つ
として、同一極性で閾値電圧が異なるＭＯＳ）ランジス
タを用いて差動増幅器を構成し、互いのＭＯＳ）ランジ
スタの閾値電圧の差を基準電圧として取シ出すという回
路が用いられている。
として、同一極性で閾値電圧が異なるＭＯＳ）ランジス
タを用いて差動増幅器を構成し、互いのＭＯＳ）ランジ
スタの閾値電圧の差を基準電圧として取シ出すという回
路が用いられている。
第１図は従来の基準電圧発生回路の一例の回路図である
。
。
Ｐチャネルトランジスタ１１及び１２の共通ソース電極
を第１の電源端子１０に接続し、共通ゲート電極をトラ
ンジスタ１１のドレイン電極に接続すると共にＮチャネ
ルトランジスタ１３のドレイン電極に接続し、トランジ
スタ１２のドレイン電極をトランジスタ１３とは閾値電
圧が異々るＮチャネルトランジスタ１４のドレイン電極
に接続すると共にソース電極が第１の電源端子１０にさ
れたＰチャネルトランジスタ１６のゲート電極に接続し
、トランジスタ１３及び１４の共通ソース電極をソース
電極が第２の電源端子２０に接続されたＮチャネルトラ
ンジスタ１５のドレイン電極に接続し、トランジスタ１
６のドレイン電極をソース電極が第２の電源端子２０に
接続されたＮチャネルトランジスタ１７のドレイン電極
に接続すると共に出力端子２１に接続し、ソース電極が
第１の電源端子１０に接続されゲート電極が第２の電源
端子２０に接続されたＰチャネルトランジスタ１８のド
レイン電極をソース電極が第２の電源端子２０に接続さ
れたＮチャネルトランジスタ１９のドレイン電極及びゲ
ート電極及びトランジスタ１５．１７のゲート電極に接
続することにより差動増幅器を構成し、さらに、トラン
ジスタ１４のゲート電極を接地し、トランジスタ１３の
ゲート電極を出力端子２１に接続することにより基準電
圧発生回路を構成している。
を第１の電源端子１０に接続し、共通ゲート電極をトラ
ンジスタ１１のドレイン電極に接続すると共にＮチャネ
ルトランジスタ１３のドレイン電極に接続し、トランジ
スタ１２のドレイン電極をトランジスタ１３とは閾値電
圧が異々るＮチャネルトランジスタ１４のドレイン電極
に接続すると共にソース電極が第１の電源端子１０にさ
れたＰチャネルトランジスタ１６のゲート電極に接続し
、トランジスタ１３及び１４の共通ソース電極をソース
電極が第２の電源端子２０に接続されたＮチャネルトラ
ンジスタ１５のドレイン電極に接続し、トランジスタ１
６のドレイン電極をソース電極が第２の電源端子２０に
接続されたＮチャネルトランジスタ１７のドレイン電極
に接続すると共に出力端子２１に接続し、ソース電極が
第１の電源端子１０に接続されゲート電極が第２の電源
端子２０に接続されたＰチャネルトランジスタ１８のド
レイン電極をソース電極が第２の電源端子２０に接続さ
れたＮチャネルトランジスタ１９のドレイン電極及びゲ
ート電極及びトランジスタ１５．１７のゲート電極に接
続することにより差動増幅器を構成し、さらに、トラン
ジスタ１４のゲート電極を接地し、トランジスタ１３の
ゲート電極を出力端子２１に接続することにより基準電
圧発生回路を構成している。
第１図に示した基準電圧発生回路は、現在一般的に用い
られているものであるためその動作原理についての詳細
な説明は省略するが、この回路よシ得られる基準電圧は
、基準電圧をＶＢＩＦ、 ）ランジスタ１３のゲート・
ソース間電圧をＶｏｓｘａ、トランジスタ１４のゲート
・ソース間電圧をＶＧＩ１１４とすると次式で表わされ
る。
られているものであるためその動作原理についての詳細
な説明は省略するが、この回路よシ得られる基準電圧は
、基準電圧をＶＢＩＦ、 ）ランジスタ１３のゲート・
ソース間電圧をＶｏｓｘａ、トランジスタ１４のゲート
・ソース間電圧をＶＧＩ１１４とすると次式で表わされ
る。
ＶＩＬＩＰ ＝ Ｖｏｓｔａ −ＶＧｌ＋１４
…−−１１）次に、この基準電圧ＶＲＩＩＦの温
度依存性について説明する。
…−−１１）次に、この基準電圧ＶＲＩＩＦの温
度依存性について説明する。
ＭＯＳ）ランジスタのドレイン電流を次式で表わす。
ここで、■はドレイン電流、μは移動度、Ｃｏｘ′は単
位面積当りのゲート酸化膜容量、Ｗはゲート幅、Ｌはゲ
ート長、ｖＧ！＋はゲート・ンース間電、田、ＶＴは閾
値電圧である。
位面積当りのゲート酸化膜容量、Ｗはゲート幅、Ｌはゲ
ート長、ｖＧ！＋はゲート・ンース間電、田、ＶＴは閾
値電圧である。
（２）式より次式が得られる。
従って、基準電圧ＶＲＩＩＦは、トランジスタ１５に流
れる電流ｉＩｏ、トランジスタ１３に流れる電流をＩと
すると、（１）式及び（３）式より次式で表わされる。
れる電流ｉＩｏ、トランジスタ１３に流れる電流をＩと
すると、（１）式及び（３）式より次式で表わされる。
ここで添字１３及び１４はそれぞれトランジスタ１３及
び１４を示す。
び１４を示す。
基準電圧ＶＲＢＦの温度依存性は、（４）式を温度Ｔで
微分することによシ次式で表わされる。
微分することによシ次式で表わされる。
（５）式かられかるように％ＭＯ８）ランジスタの閾値
電圧、移動度、及び、ＭＯＳトランジスタに流れる電流
が温度によシ変化するために、基準電圧は温度により変
化する。
電圧、移動度、及び、ＭＯＳトランジスタに流れる電流
が温度によシ変化するために、基準電圧は温度により変
化する。
次に、このような基準電圧の温度依存性を小さくするた
めに、従来行なわれていた設計法について説明する。
めに、従来行なわれていた設計法について説明する。
第２図は、従来行なわれていた設計法を説明するための
特性図であｆｉ、ＭＯＳ）ランジスタのドレイン電流Ｉ
Ｄとゲート・ソース間電圧ｖＧ８との関係をパラメータ
として示した図である。
特性図であｆｉ、ＭＯＳ）ランジスタのドレイン電流Ｉ
Ｄとゲート・ソース間電圧ｖＧ８との関係をパラメータ
として示した図である。
■Ｇ８が小さい場合、ドレイン電流は温度が上昇するに
つれ増加するが、これは温度が上昇するにつれ閾値電圧
が減少することが支配項となって生じる。一方、ｖＧ８
が大きい場合、ドレイン電流は温度が上昇するにつれ減
少するが、これは温度が上昇するにつれ移動度が減少す
ることが支配項となって生じる。このように、閾値電圧
及び移動度が温度により変化するためにあるｖＧｌｌに
おいてドレイン電流が温度に依存しなくなる（第２図の
Ａ点）。このことを式で表わすと次のようになる。
つれ増加するが、これは温度が上昇するにつれ閾値電圧
が減少することが支配項となって生じる。一方、ｖＧ８
が大きい場合、ドレイン電流は温度が上昇するにつれ減
少するが、これは温度が上昇するにつれ移動度が減少す
ることが支配項となって生じる。このように、閾値電圧
及び移動度が温度により変化するためにあるｖＧｌｌに
おいてドレイン電流が温度に依存しなくなる（第２図の
Ａ点）。このことを式で表わすと次のようになる。
（発明が解決しようとする問題点）
上記のように、あるＶｏｓにおいてドレイン電流が温度
に依存しなくなるために、従来の基準電圧発生回路にお
いては、第１図におけるトランジスタ１３及び１４のド
レイン電流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２図
におけるＡ点に定めることによシ、その基準電圧の温度
依存性を小さくするという設計が一般的であった。この
ような設計により得た基準電圧の温度依存性は、（５）
式において（第１項）＋（第３項）＝０としたものとな
る。なぜなら、トランジスタ１３及び１４のドレイン電
流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２図における
Ａ点に定めるということは、閾値電。
に依存しなくなるために、従来の基準電圧発生回路にお
いては、第１図におけるトランジスタ１３及び１４のド
レイン電流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２図
におけるＡ点に定めることによシ、その基準電圧の温度
依存性を小さくするという設計が一般的であった。この
ような設計により得た基準電圧の温度依存性は、（５）
式において（第１項）＋（第３項）＝０としたものとな
る。なぜなら、トランジスタ１３及び１４のドレイン電
流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２図における
Ａ点に定めるということは、閾値電。
王の温度依存性と移動度の温度依存性とが互いに消去し
合うことになるからである。このときの基準電圧の温度
依存性を式で表わすと次のようになる。
合うことになるからである。このときの基準電圧の温度
依存性を式で表わすと次のようになる。
この式は、トランジスタ１３及び１４に流れる電流が温
度によシ変化するために生じる基準電圧の温度依存性を
示している。従来の設計においては、この項に対する考
慮がされていなかったため、その結果得られる基準電圧
の温度依存性は十分に小さいとは言えない場合が多くあ
った。
度によシ変化するために生じる基準電圧の温度依存性を
示している。従来の設計においては、この項に対する考
慮がされていなかったため、その結果得られる基準電圧
の温度依存性は十分に小さいとは言えない場合が多くあ
った。
本発明の目的は、ＭＯＳ）ランジスタにより構成され、
かつ温度変動に対する安定性が高い基準電圧を得ること
ができる基準電圧発生回路を提供することにある。
かつ温度変動に対する安定性が高い基準電圧を得ること
ができる基準電圧発生回路を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の基準電圧発生回路は、第１の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタと、前記第１のトランジスタと同一極
性で閾値電圧が異なる第２の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタとを有し、前記第１及び第２のトランジスタの
閾値電圧の差を基準電圧として出力させる基準電圧発生
回路において、前記第１及び第２のトランジスタのドレ
イン電流。
効果トランジスタと、前記第１のトランジスタと同一極
性で閾値電圧が異なる第２の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタとを有し、前記第１及び第２のトランジスタの
閾値電圧の差を基準電圧として出力させる基準電圧発生
回路において、前記第１及び第２のトランジスタのドレ
イン電流。
移動度、チャネル長、チャネル幅、閾値電圧をそれぞれ
ｓ′Ｉ ＊ Ｉ ｏ ’ ＊ ｐ ｔ ＋ ｌ
’ ２ 、Ｌｌ １ Ｌ２１ Ｗｌ １Ｗ２．ｖ〒１
．Ｖ〒２とし、また、温度変動に対するパ かつ を満足させるように、前記第１及び第２のトランジスタ
のドレイン電流、チャネル長、チャネル幅を定めたこと
を特徴として構成される。
ｓ′Ｉ ＊ Ｉ ｏ ’ ＊ ｐ ｔ ＋ ｌ
’ ２ 、Ｌｌ １ Ｌ２１ Ｗｌ １Ｗ２．ｖ〒１
．Ｖ〒２とし、また、温度変動に対するパ かつ を満足させるように、前記第１及び第２のトランジスタ
のドレイン電流、チャネル長、チャネル幅を定めたこと
を特徴として構成される。
（発明の説明）
次に、本発明について更に詳しく説明する。
本発明は、基準電圧発生回路の設計において従来考慮さ
れていｋかった（５）式の第２項について、これが最小
となるように設計し、その結果、温度変動に対する安定
性が高い基準電圧を得ようとするものである。具体的に
は、（５）式の第２項の係数を最小にしようとする。
れていｋかった（５）式の第２項について、これが最小
となるように設計し、その結果、温度変動に対する安定
性が高い基準電圧を得ようとするものである。具体的に
は、（５）式の第２項の係数を最小にしようとする。
（５）式の第２項の係数は、第１図におけるトランジス
タ１３及び１４に流れる電流の関数になっているので、
この電流を最適化させることによシこの係数を最小にさ
せることができる。次に、この係数を最小にさせるため
の条件を求める。
タ１３及び１４に流れる電流の関数になっているので、
この電流を最適化させることによシこの係数を最小にさ
せることができる。次に、この係数を最小にさせるため
の条件を求める。
・・・・・・・・・ （９）
とし、ｄＸ／ｄＩ＝０となる条件を求めると、となり、
これが（５）式の第２項を最小にする条件となる。この
とき、 ６１式を満足させるようＫＬｕｓ。
これが（５）式の第２項を最小にする条件となる。この
とき、 ６１式を満足させるようＫＬｕｓ。
Ｌ、、、 Ｗ、３． Ｗ、４． Ｉ、 １．−Ｉを
決めるだけで々く、同時にトランジスタ１３及び１４の
ドレイン電流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２
図におけるＡ点に定めることはいうまでもない。
決めるだけで々く、同時にトランジスタ１３及び１４の
ドレイン電流及びゲート・ソース間電圧をそれぞれ第２
図におけるＡ点に定めることはいうまでもない。
（発明の効果）
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、温度変
動に対して極めて安定な基準電圧を出力させる基準電圧
発生回路を得ることができる。
動に対して極めて安定な基準電圧を出力させる基準電圧
発生回路を得ることができる。
第１図は本発明が適用される基準電圧発生回路の等価回
路説明図、第２図は基準電圧の温度特性の一例を示す特
性図をそれぞれ示す。 １０．２０・・・・・・電源端子、２１・・・・・・出
力端子、１１．１２，１６．１８・・・・・・Ｐチャネ
ルトランジスタ、１３，１４，１５，１７．１９・・・
・・・Ｎチャネルトランジスタ。
路説明図、第２図は基準電圧の温度特性の一例を示す特
性図をそれぞれ示す。 １０．２０・・・・・・電源端子、２１・・・・・・出
力端子、１１．１２，１６．１８・・・・・・Ｐチャネ
ルトランジスタ、１３，１４，１５，１７．１９・・・
・・・Ｎチャネルトランジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第１の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、前記第１
のトランジスタと同一極性で閾値電圧が異なる第２の絶
縁ゲート型電界効果トランジスタとを有し、前記第１及
び第２のトランジスタの閾値電圧の差を基準電圧として
出力させる基準電圧発生回路において、前記第１及び第
２のトランジスタのドレイン電流、移動度、チャネル長
、チャネル幅、閾値電圧をそれぞれ、Ｉ、Ｉ＿０−１、
μ＿１、μ＿２、Ｌ＿１、Ｌ＿２、Ｗ＿１、Ｗ＿２、Ｖ
＿Ｔ＿１、Ｖ＿Ｔ＿２とし、また、温度変動に対する変
動量を（ｄ／ｄＴ）とするとき、 （ｄ／ｄＴ）（Ｖ＿Ｔ＿１−Ｖ＿Ｔ＿２）＋√２／２｛
√（Ｉ＿０−Ｉ）／（μ＿２）√［（Ｌ＿２）／（μ＿
２Ｃ＿０＿ｘＷ＿２）］［（ｄ＿μ＿２）／（ｄＴ）］
−√Ｉ／（μ＿１）√［（Ｌ＿１）／（μ＿１Ｃ＿０＿
ｘＷ＿１）］［（ｄ＿μ＿１）／（ｄＴ）］｝＝０かつ √［（μ＿２Ｗ＿２Ｌ＿１）／（μ＿１Ｗ＿１Ｌ＿２）
］＝（Ｉ／Ｉ＿０−Ｉ）＾３＾／＾２を満足させるよう
に、前記第１及び第２のトランジスタのドレイン電流、
チャネル長、チャネル幅を定めたことを特徴とする基準
電圧発生回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26035484A JPS61138318A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 基準電圧発生回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26035484A JPS61138318A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 基準電圧発生回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61138318A true JPS61138318A (ja) | 1986-06-25 |
Family
ID=17346789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26035484A Pending JPS61138318A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 基準電圧発生回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61138318A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6356713A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-11 | Seiko Epson Corp | 電圧発生回路 |
| JPH0290215A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-29 | Nec Corp | 定電圧発生回路 |
| JP2007109034A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | New Japan Radio Co Ltd | 定電流回路 |
-
1984
- 1984-12-10 JP JP26035484A patent/JPS61138318A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6356713A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-11 | Seiko Epson Corp | 電圧発生回路 |
| JPH0290215A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-29 | Nec Corp | 定電圧発生回路 |
| JP2007109034A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | New Japan Radio Co Ltd | 定電流回路 |
| JP4694942B2 (ja) * | 2005-10-14 | 2011-06-08 | 新日本無線株式会社 | 定電流回路 |
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