JPS61192107A - Mos電流増幅器 - Google Patents

Mos電流増幅器

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JPS61192107A
JPS61192107A JP61027764A JP2776486A JPS61192107A JP S61192107 A JPS61192107 A JP S61192107A JP 61027764 A JP61027764 A JP 61027764A JP 2776486 A JP2776486 A JP 2776486A JP S61192107 A JPS61192107 A JP S61192107A
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JP
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transistors
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transistor
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エリツク ジヨン スワンソン
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AT&T Corp
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-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
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
    • G05F3/262Current mirrors using field-effect transistors only

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明はカレントミラー(current m1rro
r)として知られている型のMOS電流増幅器に係る。
(2)従来技術の説明 カレントミラーは入力電流に比例して高インピーダンス
の出力電流を与える電流増幅器の代表的なものである。
現在MOS回路の設計において2つの相反する傾向があ
る。1つは高周波信号に対応するためにエリ短かい電導
チャネル長を有するMOSデバイスを目指すものである
。もう一方は、電力消費を減少させるための低供給電圧
を目指すものであり、これによると1つのチップ上に集
積される1つの回路内により多くのデバイスを含むこと
ができる。上記相反する状況は、カレントミラーの素子
において、それら素子のチャネル長が短かくなるにつれ
て出力コノダクタンスが急速に増加することは別として
も、それら素子のトランスコノダクタンスが増加するこ
とに起因している。結果として得られる低出力インピー
ダンスは、出力トランジスタが直列に接続されている1
つまたはそれ以上のミラーの結合配列を与えるものであ
る。しかしながら、れら配列は、出力トランジスタの各
々が飽和状態でバイアスされるために十分なドレイジ−
ソース電圧”DSを必要とするので、増大された出力イ
ンピーダンスを得るためにはより大きな電力供給電圧を
必要とする。
上記問題の1つの解決策は、米国特許第4、477.7
82号に示されている導電路形状とは異なる別々および
共通の導電路電流を有する入力トランジスタを含む複合
カレントミラー装置である。基本的に入力トランジスタ
の幾何形状は、出力トランジスタのvD8を最適化する
ゲート印加電圧を与えるような事情の下で互いに関連し
ている。MOSデバイスを用いた2つの組み合わせに関
していえば、入力トランジスタの1つは他の入力トラン
ジスタの少なくとも4倍の幅と長さの比W/Lを有する
導電チャネルをもつものである。この回路は有用なもの
であるけれども、MOSデバイスに関連するしきい値電
圧VT  の値により応用上制限を受ける。通常の製造
プロセスによれば、MOSデバイスのしきい値電圧vT
 は約0.7vの大きさくpチャネルデバイスについて
は一〇、7V、またnチャネルデバイスについては+〇
、 7 V )である。飽和を保持するために、トラン
ジスタに関してはデバイスのオノ電圧V。NがVT  
工り低くなければならない。VoNをVT 以下に維持
することを保証すると、低いVT プロセスまたは高イ
ンピーダンス動作における問題が生じる。
(3)発明の要約 上記問題は、異なるしきい値電圧VT工およヒv、2ヲ
有するMo5t’ラノジスタの対を使用して該しきい値
の大きさだ関係する回路の動作制限を最小にする複合M
OSカレントミラー回路手段によって解決される。
(4)発明の実施例 前述した如くカレントミラーは入力電流に比例した高イ
ンピーダンス出力電流を与える電流増幅器である。出力
電流は通常高利得で負荷を駆動するのに使用される。簡
単なミラーは一般に1つの入力計7↓び1つの出力トラ
ンジスタのペアからなり、それらのゲート電極は相互に
接続されていて、また入力トランジスタのドレイνにお
ける入力電圧ノードに接続されている。上記トランジス
タの各ソースは両方のトランジスタに共通な基準電圧ノ
ードに接続されている。入力トランジスタのドレインお
よびゲートは一定の基準電流を与える電流源に接続され
ている。上記入力および出力トランジスタのゲートとソ
ースは相互だ結ばれているので、出力トランジスタの導
電路における出力電流は増加する。一般に入力および出
力トランジスタは同一のものであり、十分な電流利得を
有するものである。
図には本件発明に従って形成される、少なくとも2つの
異なるしきい値電圧を有するトランジスタを含む複合カ
レントミラー10が示されている。当該カレントミラー
10は、上層入力および出力トランジスタ12.14の
対と下層入力および出力トランジスタ16゜18の対を
含んでいる。図に示されているすべてのトランジスタは
、nチャネルエンハンスメント素子である。しかし、本
件発明にょるカレントミラーはpチャネル素子を用いて
形成することもでき、その場合には供給電源および基準
電圧の極性が反対になるだけである。上層トランジスタ
12および14のゲートは相互に接続されるとともに上
層入力トランジスタ12のトレインに接続されて直列配
列を形成している。下層トランジスタ16および18の
ゲートは相互に接続されている。
該上層トランジスタ12は第1の電流源20および基準
ノード22間の導電路を形成しており、基準ノード22
はnチャネル素子についてはvSSまたpチャネル素子
についてはVDDとして定義される。下層入力トランジ
スタ16は第2の電流源24から基準ノード22への導
電路を形成している。図に示すように、等化トランジス
タ26は下層入力トランジスタ16のドレインと第2の
電流源240間に接続されている。核下層入力トランジ
スタ16のゲートは等化トランジスタ26のドレインに
接続されている。等化トランジスタ26のゲートは上層
入力および出力トランジスタ12および14のゲートに
接続されている。等化トランジスタ26が存在すること
により、下層入力トランジスタ16のVDsが下層出力
トランジスタ18の■D8とほぼ等しくなり、それによ
って入力電流路24とI。UT間におけるミラー10の
電流オフセットを事実上除外されることを確実とするも
のである。
電流源20と24とは、静止状態において等価基準電鑞
■ref  が入力トランジスタ12および16の導電
路を流れるように設計されている。MOS素子は2乗則
デバイスであるため、そのドレイン電流は次式で簡単に
表わされる多項式によってゲート・ソース電圧VGSに
関係している。
ID&Ic T(VGS −vT)2(t)ただしID
 は導電路のドレイン・ソース電流、W/Lはチャネル
の幅対長さの比、VGSはゲート・ソース電圧およびV
T は素子のしきい値電圧である。前述した米国特許第
4.477゜782号において導出されかつ説明されて
いるように上層入力トランジスタ12の (1/4)・(W/L)のために、ミラー10の上層お
よび下層部のゲートバイアス電圧は静止状態において出
力トランジスタ14および1Bの両方が飽和よりも十分
高い電圧であるV。Nで動作することができる。
図を参照すると、下層入力トランジスタ16のvDsが
V。Nに等しく、トランジスタ16.18のゲートと基
準ノード22間の電圧がVT□+VoNに等しいので、
等化トランジスタ26のトレインとソース間の電圧VD
8力hJVT工に等しくなければならない。回路が正し
く動作させるために、入力および出力トランジスタの如
き等価トランジスタ26は飽和状態に残らなければなら
ない。すなわちvDS〔すなわち■ 〕 はV。Nより
大きくなければならない。上述したように、この要請は
高速処理および高い動作温度を有する回路においては問
題となるものである。というのはvTの最小値は上記条
件下で実現されるからである。通常の製造工程では、M
OS素子のしきい値電圧VT はしきい値調節注入と呼
ばれる工程で変化する。すなわち、回路には例えばドー
パントとしてホウ素がイオン注入されてしきい値電圧が
修正される。pチャネルデバイスに関しては、注入によ
りVT  が約−i、svから−0,8Vまで増加する
。実際の注入プロセスの詳細な議論は、1973年国際
電子デバイス会議のテクニカル ダイジェストの197
3年12月号(the Technical Dige
stof the 1973 Internation
al ElectronDevices Meetin
g 、 Dec、  1973ンの第467頁から46
8頁にあるペレシニ(P、Peressini)等によ
る「イオン注入によるNチャネル エンハノスメノト型
FETのしきい値電圧の調整(Threshold’A
djustment of N−ChannelEnh
ancement Mode FET5by Ion 
Implantation) Jに与えられている。
しきい値電圧の調整プロセスに関連して、本件発明では
下層入力および出力トランジスタ16および18からし
きい値調整注入を除去することによって、等価トランジ
スタ26に対する■。NくvT の要請をかなり軽減す
ることができる回路を提供することができる。
従って、図に示されているnチャネル装置については、
下層トランジスタ16および18のしきい値電圧VT 
、これをVT□ と記すが、この電圧が近似的に+1.
5vに等しい。通常の装置と類似してトランジスタ12
および14のしきい値電圧、これをVT2と記すが、こ
の電圧は十〇、7vの値に調整される。従って、本件発
明によれば、通常の調整しきい値が+〇、 7 Vであ
るに6かかわらず、等価トランジスタ26を横断するド
レイン・ソース電圧vDS (=VT) ハ公称値+ 
1.5 V K 等L (ナル。
故に、VoN<VT の要請はトランジスタ16および
18調整されていないしきい値電圧と調整されたしきい
値電圧との差に等しい量だけ軽減される。この例では、
追加マーモノ十〇、 S Vが達成される。
上層トランジスタ12および14をイオン注入して+〇
、 7 V下層しきい値を達成する一方、公称しきい値
+1,5vの下層トランジスタ16および18を提供す
るために従来技術と同じしきい値調整注入が使用できる
が、ただし下層トランジスタを注入から保護するために
必要なしきい値調整マスクの修正が必要である。
一方、上述した電圧値以外の値を与えるために2つのマ
スクおよび2回の注入を必要とするより複雑なプロセス
を用いることもできる。しかしながら、t?!とんどの
応用に関していえばしきい値調整マスクの簡単な修正で
もって本件発明に用いられる異なるしきい値電圧を達成
することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本件発明に従って形成される複合カレントミラーの
回路図である。 〔主要符号の説明〕 12.14・・・上層トランジスタ 16.18・・・下層トランジスタ 20・・・第1の電流源 24・・・第2の電流源 26・・・等価トランジスタ 出願人 : アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムパニー 手続補正書 昭和61年 3月19日 特許庁長官  宇 賀 道 部  殿 1、事件の表示 昭和61年特許願j$  27764号2、発明の名称 MO5電流増幅器 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 5、補正の対象     「図   面」6、補正の内
容      別紙の通り図面の浄書内容に変更なし 別紙の通り正式図面を1通提出致します。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 各々が導電路とゲート電極を有し、該導電 路が互いに平行に接続されている2つの入力MOSトラ
    ンジスタ(例えば12、16);前記入力トランジスタ
    の各々に入力電流を 供給するための手段(例えば20、24);各々が導電
    路およびゲート電極を有し、前 記入力トランジスタと1対1の関係にある2つの出力M
    OSトランジスタ(例えば14、18)を含み、前記各
    々の出力トランジスタのゲート電極は関連する入力トラ
    ンジスタの導電路の1点およびそのゲート電極に接続さ
    れていて、前記入力トランジスタの1つ(例えば16)
    および前記出力トランジスタの1つ(例えば18)は他
    の入力および出力トランジスタのしきい値電圧(V_T
    _2)よりも大きいしきい値電圧(V_T_1)を有し
    ていて、かつ導電路が前記入力トランジスタの1つ(例 えば16)の導電路に直列にかつ当該トランジスタ(1
    6)と前記入力トランジスタの1つ(16)のゲート電
    極がその入力電流路に接続されている点との間に接続さ
    れている等化MOSトランジスタ(例えば26)を含み
    、当該等化トランジスタは入力トランジスタの各々に対
    して同じ大きさの電流を供給し、かつ該第1の大きいし
    きい値電圧に等しいドレイン・ソース電圧を有すること
    を特徴とするMOS電流増幅器装置。
JP61027764A 1985-02-11 1986-02-10 Mos電流増幅器 Expired - Lifetime JPH0666607B2 (ja)

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US06/700,029 US4618815A (en) 1985-02-11 1985-02-11 Mixed threshold current mirror
US700029 1985-02-11

Publications (2)

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JPS61192107A true JPS61192107A (ja) 1986-08-26
JPH0666607B2 JPH0666607B2 (ja) 1994-08-24

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JP61027764A Expired - Lifetime JPH0666607B2 (ja) 1985-02-11 1986-02-10 Mos電流増幅器

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