JPS62212713A - Mis電圧安定化装置 - Google Patents
Mis電圧安定化装置Info
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- JPS62212713A JPS62212713A JP61054767A JP5476786A JPS62212713A JP S62212713 A JPS62212713 A JP S62212713A JP 61054767 A JP61054767 A JP 61054767A JP 5476786 A JP5476786 A JP 5476786A JP S62212713 A JPS62212713 A JP S62212713A
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
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、MISトランジスタを集積し、アナログ及び
ディジタルの信号を同一基板上で扱うMIS集積回路に
係り、特に供給電位の変動に対して極めて安定で、また
極めて高速なセトリング特性を有する安定化電位の発生
手段に関する。
ディジタルの信号を同一基板上で扱うMIS集積回路に
係り、特に供給電位の変動に対して極めて安定で、また
極めて高速なセトリング特性を有する安定化電位の発生
手段に関する。
MIS集積回路(MIS−LSI)はディジタル、アナ
ログの両信号を同一基板上で取扱うことができ、かつ高
集積であることから、極めて多機能な装置を提供しうる
ちのである。ディジタル、アナログの両回路を混載する
場合、アナログ回路で必要とされる電位安定化回路が極
めて重要な回路要素となる0例えば基準電圧に対して入
力されたアナログ信号電圧の大小を判定器により比較す
る比較型のAD(アナログ−ディジタル)変換器を例に
とると、アナログの基準電位が毎回変動していると雨現
性良く正確な判定を行うことができない、特にMIS−
LS Iでは1枚のボード上に複数のディジタルLSI
などと供に実装されることが多く、その場合、他のLS
Iが動作したときに生じる電源電圧の変動に対してもチ
ップ内部では安定な電圧を維持する必要がある。
ログの両信号を同一基板上で取扱うことができ、かつ高
集積であることから、極めて多機能な装置を提供しうる
ちのである。ディジタル、アナログの両回路を混載する
場合、アナログ回路で必要とされる電位安定化回路が極
めて重要な回路要素となる0例えば基準電圧に対して入
力されたアナログ信号電圧の大小を判定器により比較す
る比較型のAD(アナログ−ディジタル)変換器を例に
とると、アナログの基準電位が毎回変動していると雨現
性良く正確な判定を行うことができない、特にMIS−
LS Iでは1枚のボード上に複数のディジタルLSI
などと供に実装されることが多く、その場合、他のLS
Iが動作したときに生じる電源電圧の変動に対してもチ
ップ内部では安定な電圧を維持する必要がある。
第2図は、安定化電圧を発生させる回路の従来例である
。図中、1は基準電圧源、6はNチャネルのMISトラ
ンジスタ、2は安定化電圧を供給する負荷回路である。
。図中、1は基準電圧源、6はNチャネルのMISトラ
ンジスタ、2は安定化電圧を供給する負荷回路である。
また、4はPチャネルのMISトランジスタ、5はNチ
ャネルのM工sトランジスタ3は負荷容量である。一般
的に、低電力で、かつ負荷駆動能力の大きい基準電圧源
を単独で構成するのは難しい、そこで、ここでは負荷駆
動はMISトランジスタのソースフォロク回路で行って
いる。この場合、負荷に供給される安定化電圧は基準電
圧をV+t、MIShランジスタのしきい値電圧をVT
HとするとV R−V THとなる。
ャネルのM工sトランジスタ3は負荷容量である。一般
的に、低電力で、かつ負荷駆動能力の大きい基準電圧源
を単独で構成するのは難しい、そこで、ここでは負荷駆
動はMISトランジスタのソースフォロク回路で行って
いる。この場合、負荷に供給される安定化電圧は基準電
圧をV+t、MIShランジスタのしきい値電圧をVT
HとするとV R−V THとなる。
また、電源電圧除去比PSRR(パワーサプライ、・リ
ジェクション・レシオ(Power 5upplyRe
jection Ratio)は P Vcc P Vcc と表され、はぼ、しきい値電圧のドレイン−ソース間電
圧依存性に等しい値となる。これを1%以下にすること
は、チャネル長を大きく選ぶことにより容易に行える1
、シたがってPSRRの点で第2図の回路は、好ましい
ものであるが、一方、出方電圧のセトリング特性には問
題がある。
ジェクション・レシオ(Power 5upplyRe
jection Ratio)は P Vcc P Vcc と表され、はぼ、しきい値電圧のドレイン−ソース間電
圧依存性に等しい値となる。これを1%以下にすること
は、チャネル長を大きく選ぶことにより容易に行える1
、シたがってPSRRの点で第2図の回路は、好ましい
ものであるが、一方、出方電圧のセトリング特性には問
題がある。
第3図は、負荷回路が動作したときの各部の動作波形を
示しである。一般に、MIS−LSIの内部の負荷は、
容量性の場合が多く、第2図に示した負荷容量と、1対
のNおよびPチャネルのMISトランジスタよりなるC
−MISコンプリメンタリ(Co+nplen+ent
ary M I S )インバータの組合せにより一般
的な負荷回路を模凝することができる。クロックφが低
(Low) (低電圧=例えば接地電圧V s s
)のときには負荷容量には安定化電圧が供給され、一方
、φが高(High) (高電圧=例えば電源電圧Vc
ε)のときには負荷容量は放電され、接地電圧に引落さ
れる。
示しである。一般に、MIS−LSIの内部の負荷は、
容量性の場合が多く、第2図に示した負荷容量と、1対
のNおよびPチャネルのMISトランジスタよりなるC
−MISコンプリメンタリ(Co+nplen+ent
ary M I S )インバータの組合せにより一般
的な負荷回路を模凝することができる。クロックφが低
(Low) (低電圧=例えば接地電圧V s s
)のときには負荷容量には安定化電圧が供給され、一方
、φが高(High) (高電圧=例えば電源電圧Vc
ε)のときには負荷容量は放電され、接地電圧に引落さ
れる。
セトリング特性とは、φが時刻tzでLowになった後
、最終的に安定化電圧に等しくなるのに要する時間であ
る0時刻1工を過ぎると最初端子■の電圧は急激に増加
するが、トランジスタ6のゲート・ソース間電圧がしき
い低電圧VTHに近い値になると、電圧の増加は極めて
ゆっくりとなり、なかなか安定化電圧に到達しない。こ
れは、MIS)−ランジスタのサブストレツショルド特
性により、ドレイン電流がゲートソース間電圧に対して
指数関数的に変化するようになるためである。
、最終的に安定化電圧に等しくなるのに要する時間であ
る0時刻1工を過ぎると最初端子■の電圧は急激に増加
するが、トランジスタ6のゲート・ソース間電圧がしき
い低電圧VTHに近い値になると、電圧の増加は極めて
ゆっくりとなり、なかなか安定化電圧に到達しない。こ
れは、MIS)−ランジスタのサブストレツショルド特
性により、ドレイン電流がゲートソース間電圧に対して
指数関数的に変化するようになるためである。
負荷が漏れ電流のない理想的な容量の場合、セトリング
時間は無限大となる。また、例えば、負荷容量の値が1
0 p F、漏れ電流が1O−14A あった場合、最
終的な安定化電圧の±1mV以内に入るまでには200
秒を要する。したがって、高速性を要求されるMI 5
−LS Iにおいては、このような回路では、要求され
る性能を満たすことができない。
時間は無限大となる。また、例えば、負荷容量の値が1
0 p F、漏れ電流が1O−14A あった場合、最
終的な安定化電圧の±1mV以内に入るまでには200
秒を要する。したがって、高速性を要求されるMI 5
−LS Iにおいては、このような回路では、要求され
る性能を満たすことができない。
高速なセトリング特性を得るためには、例えば第4図に
示すように、増幅器を用いて帰還型の電圧安定化回路を
構成する方法も考えられる6図中、30は増幅器、34
はPチャネルのMISトランジスタよりなるスイッチン
グ・ゲートである。また31は差動増幅器、32と33
にてC−MISインバータ・を構成ルでいる。これによ
り差動増幅器の反転入力と非反転入力に印加される信号
電圧の大小をC−MISインバータの出力Oにて電源電
圧と接地電圧の間の振幅を有する信号に増幅し、スイッ
チングゲートのオン/オフを制御している。
示すように、増幅器を用いて帰還型の電圧安定化回路を
構成する方法も考えられる6図中、30は増幅器、34
はPチャネルのMISトランジスタよりなるスイッチン
グ・ゲートである。また31は差動増幅器、32と33
にてC−MISインバータ・を構成ルでいる。これによ
り差動増幅器の反転入力と非反転入力に印加される信号
電圧の大小をC−MISインバータの出力Oにて電源電
圧と接地電圧の間の振幅を有する信号に増幅し、スイッ
チングゲートのオン/オフを制御している。
第5図はこの回路の動作波形図である0時刻toにて負
荷容量が放電される。時刻tzにてクロックφがLow
になったときスイッチング・ゲートは非導通であるため
0点の電圧は下降する。時刻t2にて増幅器の出力が反
転し0点の電圧が下がり、スイッチング・ゲートが導通
しの点の電圧が上昇する。0点の電圧が基準電圧を越え
たところで再び0点の電圧が上昇し、スイッチング・ゲ
ートが非導通となっての点の電圧上昇が止まる。
荷容量が放電される。時刻tzにてクロックφがLow
になったときスイッチング・ゲートは非導通であるため
0点の電圧は下降する。時刻t2にて増幅器の出力が反
転し0点の電圧が下がり、スイッチング・ゲートが導通
しの点の電圧が上昇する。0点の電圧が基準電圧を越え
たところで再び0点の電圧が上昇し、スイッチング・ゲ
ートが非導通となっての点の電圧上昇が止まる。
このように、この回路では、1回のスイッチング動作の
後、負荷端の電圧が基準電圧よりも大きな電圧となる(
すなわちオーバーシュートがある)こと、および、その
オーバーシュート量が負荷容量の大きさや増幅器の動作
速度に影響されるため、再現性良く、安定化電圧を発生
させることができない。また、0点の電圧が上昇したと
きには、それを引き落とす手段がないため、集積回路の
内部で発生する雑音に対しても弱い。以上の点から、こ
のようなスイッチング動作を伴う電圧安定化回路もMI
S−LSIにおいては必須の容量性負荷の駆動には適し
ていない。
後、負荷端の電圧が基準電圧よりも大きな電圧となる(
すなわちオーバーシュートがある)こと、および、その
オーバーシュート量が負荷容量の大きさや増幅器の動作
速度に影響されるため、再現性良く、安定化電圧を発生
させることができない。また、0点の電圧が上昇したと
きには、それを引き落とす手段がないため、集積回路の
内部で発生する雑音に対しても弱い。以上の点から、こ
のようなスイッチング動作を伴う電圧安定化回路もMI
S−LSIにおいては必須の容量性負荷の駆動には適し
ていない。
本発明の目的は、上記問題点を解消し、特にMIS−L
SIにおいて必要とされる容量性負荷の駆動能力が高く
、かつ低電力の新規な電位安定化回路を提供することに
ある。
SIにおいて必要とされる容量性負荷の駆動能力が高く
、かつ低電力の新規な電位安定化回路を提供することに
ある。
上記目的を達成するために本発明では、負荷を駆動する
電流バッファと同種の電流バッファと分圧器により負帰
還回路を構成し、これと差動増幅器とにより、差動増幅
器の非反転入力に印加する第1の基準電圧に比例する安
定化電圧を負荷に供給するようにし、かつ差動増幅器の
出力に平滑溶量を接続することにより容量性負荷に対す
る駆動能力を高め、必要最小限の消費電・力で動作する
安定化電圧発生手段を実現するものである。
電流バッファと同種の電流バッファと分圧器により負帰
還回路を構成し、これと差動増幅器とにより、差動増幅
器の非反転入力に印加する第1の基準電圧に比例する安
定化電圧を負荷に供給するようにし、かつ差動増幅器の
出力に平滑溶量を接続することにより容量性負荷に対す
る駆動能力を高め、必要最小限の消費電・力で動作する
安定化電圧発生手段を実現するものである。
上述の如き構成において、電流バッファを構成する電圧
源の電圧値をNチャネルとPチャネルMISトランジス
タのゲートしきい電圧の和よりも大きく選び、プッシュ
プル回路に常時電流を流すようにする。これにより、電
流バッファの入力(端子◎とする)の電圧からNチャネ
ルMISトランジスタのしきい値電圧VTHを差引いた
値が電流バッファの出力端(端子◎とする)に出力され
る9分圧器の分圧比を1/n (n>1) 、基準電圧
をVRとすると、端子◎の電圧vOおよび端子◎の電圧
vOはそれぞれ vQ = n X V t+ V■= n X VR+ VTR と表わせる。従がって、負荷を駆動する電流バッファと
、もう一方の電塵バッファとに同種のものを用いること
により、負荷への供給電圧(V^とする)を V^==nXV+tと、基準電圧に比例した値にするこ
とができる。
源の電圧値をNチャネルとPチャネルMISトランジス
タのゲートしきい電圧の和よりも大きく選び、プッシュ
プル回路に常時電流を流すようにする。これにより、電
流バッファの入力(端子◎とする)の電圧からNチャネ
ルMISトランジスタのしきい値電圧VTHを差引いた
値が電流バッファの出力端(端子◎とする)に出力され
る9分圧器の分圧比を1/n (n>1) 、基準電圧
をVRとすると、端子◎の電圧vOおよび端子◎の電圧
vOはそれぞれ vQ = n X V t+ V■= n X VR+ VTR と表わせる。従がって、負荷を駆動する電流バッファと
、もう一方の電塵バッファとに同種のものを用いること
により、負荷への供給電圧(V^とする)を V^==nXV+tと、基準電圧に比例した値にするこ
とができる。
また、負荷を駆動する電流バッファのトランジスタのゲ
イン定数をβゲート・ソース間容量をCas、平滑容量
の容量をCRとすると、電位安定化回路の出力電圧の応
答を示する時定数τは、と表せる。したがって、CRは
Cosに比べ十分に大きな値にすることにより、高速な
応答を確保することができる*Casは、トランジスタ
のゲート容量COの約1/3程度であるので、CRのG
oに対する比CR/CGは0.3 よりも大きな値に
する必要がある。
イン定数をβゲート・ソース間容量をCas、平滑容量
の容量をCRとすると、電位安定化回路の出力電圧の応
答を示する時定数τは、と表せる。したがって、CRは
Cosに比べ十分に大きな値にすることにより、高速な
応答を確保することができる*Casは、トランジスタ
のゲート容量COの約1/3程度であるので、CRのG
oに対する比CR/CGは0.3 よりも大きな値に
する必要がある。
以下、本発明を実施例により説明する。以下の実施例の
図中、MISトランジスタのソースに矢印を付しである
のはPチャネルのMIS)−ランジスタを、またそれ以
外はNチャネルのMISシランジスタを示しである。
図中、MISトランジスタのソースに矢印を付しである
のはPチャネルのMIS)−ランジスタを、またそれ以
外はNチャネルのMISシランジスタを示しである。
第1図は本発明になる一実施例の回路構成図、第6図は
第1図に示す回路の動作波形図である。
第1図に示す回路の動作波形図である。
第1図において、50は基準電圧源、51は差動増幅器
、52は平滑容量、54.55は電流バッファ、56は
分圧器であり、さらに電流バッファは、例えば、57の
NチャネルMISトランジスタと58のPチャネルMI
Sトランジスタよりなるプッシュプル回路と、バイアス
手段として59の電圧源とから構成されている。さらに
分圧器は、例えば、抵抗(MISトランジスタなどの負
荷素子60.61により構成されている。
、52は平滑容量、54.55は電流バッファ、56は
分圧器であり、さらに電流バッファは、例えば、57の
NチャネルMISトランジスタと58のPチャネルMI
Sトランジスタよりなるプッシュプル回路と、バイアス
手段として59の電圧源とから構成されている。さらに
分圧器は、例えば、抵抗(MISトランジスタなどの負
荷素子60.61により構成されている。
電流バッファを構成する電圧源59の電圧値をNチャネ
ルとPチャネルMISトランジスタのゲートしきい値電
圧の和よりも大きく選び、プッシュプル回路に常時電流
を流すようにする。これにより電流バッファの入力(端
子0)の電圧からNチャネルMISトランジスタ57の
しきい値電圧VTMを差引いた値が端子◎に出力されて
いる0分圧器56の分圧比を1/n(n>1)基準電圧
値をVRとすると、端子■および端子0の電圧は、それ
ぞれ vQ = n x V R V■= n X VFl+ VTR と表わせる。したがって、負荷を駆動する電流バッファ
55として、54と同種のものを用いることにより端子
■に出力される負荷り供電電圧をV■==nXV* と、基準電圧に比例した値にすることができる。
ルとPチャネルMISトランジスタのゲートしきい値電
圧の和よりも大きく選び、プッシュプル回路に常時電流
を流すようにする。これにより電流バッファの入力(端
子0)の電圧からNチャネルMISトランジスタ57の
しきい値電圧VTMを差引いた値が端子◎に出力されて
いる0分圧器56の分圧比を1/n(n>1)基準電圧
値をVRとすると、端子■および端子0の電圧は、それ
ぞれ vQ = n x V R V■= n X VFl+ VTR と表わせる。したがって、負荷を駆動する電流バッファ
55として、54と同種のものを用いることにより端子
■に出力される負荷り供電電圧をV■==nXV* と、基準電圧に比例した値にすることができる。
第6図は負荷回路が動作したときの各部の動作波形図で
ある。時刻toにてクロックφがHighになると負荷
容量の電圧が接地電圧となる3時刻t1にてクロックφ
がLowになると負荷容量はトランジスタ4を通して充
電される。このときの負荷容量端■の電圧の立ち上り特
性は、トランジスタ62の電流特性により支配される。
ある。時刻toにてクロックφがHighになると負荷
容量の電圧が接地電圧となる3時刻t1にてクロックφ
がLowになると負荷容量はトランジスタ4を通して充
電される。このときの負荷容量端■の電圧の立ち上り特
性は、トランジスタ62の電流特性により支配される。
一般に、トランジスタに流す電流値が同じであるならば
、トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させた
ときに、トランジスタの伝達コンダクタンスは最大とな
り、大きな負荷駆動能力を得ることができる。したがっ
て、トランジスタ62や63のチャネル幅をある程度大
きくとり、設定したバイアス電流ではサブスレッショル
ド領域で動作するようにする。
、トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させた
ときに、トランジスタの伝達コンダクタンスは最大とな
り、大きな負荷駆動能力を得ることができる。したがっ
て、トランジスタ62や63のチャネル幅をある程度大
きくとり、設定したバイアス電流ではサブスレッショル
ド領域で動作するようにする。
まず、はじめに、トランジスタ62のゲート・ソース間
の容量結合による端子Cでの電圧変動を無視した場合の
回路の応答特性について述べる。
の容量結合による端子Cでの電圧変動を無視した場合の
回路の応答特性について述べる。
このときのセトリング時間t spTは、負荷容量の値
をCL直流バイアス電流を工として。
をCL直流バイアス電流を工として。
L
ts+:y 0.IX −
■
と算出できる。ここに、セトリング時間を電圧が最終的
な安定化電圧の±1mV以内に入るまでの時間と定義し
ている。また、トランジスタのサブストレツショルド係
数α(トランジスタに流れる電流を1桁変化させるのに
要するゲート・ソース間に加える電圧振幅)をO、l
V / decadeと仮定している0例えば、負荷容
量の値として10 p F +バイアス電流の値として
10μAを与えた場合には、セトリング時間tsgt4
100nsと極めて高速に応答する。低い消費電力で高
速な応答をねらう場合チップ上の他の回路との整合性を
考え、I/C1,の値は5X1011〜5 X 107
とするのが現実的である。
な安定化電圧の±1mV以内に入るまでの時間と定義し
ている。また、トランジスタのサブストレツショルド係
数α(トランジスタに流れる電流を1桁変化させるのに
要するゲート・ソース間に加える電圧振幅)をO、l
V / decadeと仮定している0例えば、負荷容
量の値として10 p F +バイアス電流の値として
10μAを与えた場合には、セトリング時間tsgt4
100nsと極めて高速に応答する。低い消費電力で高
速な応答をねらう場合チップ上の他の回路との整合性を
考え、I/C1,の値は5X1011〜5 X 107
とするのが現実的である。
また、電流バッファとしてプッシュプル回路を用いてい
るために、上記した負方向の電圧変動に対するのと同様
に正方向の電圧変動に対しても、高速に応答し、安定化
電圧に収束させることができる。したがって、耐雑音性
という面からも優れたものと言うことができる。
るために、上記した負方向の電圧変動に対するのと同様
に正方向の電圧変動に対しても、高速に応答し、安定化
電圧に収束させることができる。したがって、耐雑音性
という面からも優れたものと言うことができる。
さて、負荷容量を充電する際に、電圧安定化回路の出力
(端子■)の電圧は過渡的に減少するが、これに伴って
、トランジスタ62のゲート・ソース間の容量結合によ
り、端子0の電圧も過渡的に減少する。基準電圧源51
の電流供給能力は小さいために、0点の電圧は、再び容
量結合により、0点の電圧の上昇に伴って回復する。I
t流バッファを高速に動作させるためにはトランジスタ
62のゲート・ソース間電圧(端子◎と■の電圧差)を
なるべく大きくすることが望ましく、そのためには、端
子@の過渡的な電圧の変動をなるべく小さくすることが
必要である。本発明では、平滑容量52を設けることに
より、それを実現している。
(端子■)の電圧は過渡的に減少するが、これに伴って
、トランジスタ62のゲート・ソース間の容量結合によ
り、端子0の電圧も過渡的に減少する。基準電圧源51
の電流供給能力は小さいために、0点の電圧は、再び容
量結合により、0点の電圧の上昇に伴って回復する。I
t流バッファを高速に動作させるためにはトランジスタ
62のゲート・ソース間電圧(端子◎と■の電圧差)を
なるべく大きくすることが望ましく、そのためには、端
子@の過渡的な電圧の変動をなるべく小さくすることが
必要である。本発明では、平滑容量52を設けることに
より、それを実現している。
トランジスタ62のゲイン定数をβゲート・ソース間容
量をCas平滑容量をCRとすると、電圧安定化回路の
出力電圧の応答を示す時定数τはと表せる。したがって
、CRをCasに比べ十分に大きな値にすることにより
、高速な応答を確保することができる。 CGIIはト
ランジスタ62のゲート容量Goの約1/3程度である
ので、CRのC0に対する比CR/COは0.3 よ
りも大きな値にする必要がある。電圧安定化回路に占め
る平滑容量部分の占める割合を考えるとCFI/CGの
値は0.5〜50とするのが現実的である。
量をCas平滑容量をCRとすると、電圧安定化回路の
出力電圧の応答を示す時定数τはと表せる。したがって
、CRをCasに比べ十分に大きな値にすることにより
、高速な応答を確保することができる。 CGIIはト
ランジスタ62のゲート容量Goの約1/3程度である
ので、CRのC0に対する比CR/COは0.3 よ
りも大きな値にする必要がある。電圧安定化回路に占め
る平滑容量部分の占める割合を考えるとCFI/CGの
値は0.5〜50とするのが現実的である。
また、このように端子0に平滑容量を設けて電圧変動を
小さくすることにより、1つの基準電圧源に複数の電流
バッファを設けて複数の負荷を駆動することも可能とな
る。すなわち、1つの負荷を充電する際に、他の負荷の
電圧が同時に低下するのを防ぐことができる。
小さくすることにより、1つの基準電圧源に複数の電流
バッファを設けて複数の負荷を駆動することも可能とな
る。すなわち、1つの負荷を充電する際に、他の負荷の
電圧が同時に低下するのを防ぐことができる。
第7図は第1図に示した本発明の一実施例のより具体的
な回路模式図である。
な回路模式図である。
図中、51は差動増幅器75,76.77は電流バッフ
ァ、78.79は負荷、85は平滑容量である。
ァ、78.79は負荷、85は平滑容量である。
電流バッファは、NチャネルのMIS)−ランジスタ8
0とPチャネルのMISトランジスタ81よりなるプッ
シュプル回路と、MIS)−ランジスタ82.83と定
電流源84よりなるバイアス手段とにより構成している
。プッシュプル回路に直流のバイアス電流を流すために
は、トランジスタ80と81のゲートの間にそれぞれの
しきい値電圧の絶対値の和に等しい電圧を印加する必要
がある0本発明では、トランジスタ82によるソースフ
ォロワ回路を用い、その負荷をダイオード接続(ゲート
とドレインを接続)されたPチャネルMISシランジス
タにすることにより、トランジスタ81のゲートに所定
の電圧を印加するようにしている。トランジスタ80と
82のチャネル長が等しく、そのチャネル幅の比がnで
あり、同様にトランジスタ81と83のチャネル長が等
しく、そのチャネル幅の比がnであるとする。また定電
流源84の電流値をIn とすると、プッシュプル回路
に流れる直流バイアス電流工は I’=nXIq となる。したがって、駆動する負荷容量の値に対して、
このnの値を適当に選ぶことにより、必要な速度性能を
得ることができる。
0とPチャネルのMISトランジスタ81よりなるプッ
シュプル回路と、MIS)−ランジスタ82.83と定
電流源84よりなるバイアス手段とにより構成している
。プッシュプル回路に直流のバイアス電流を流すために
は、トランジスタ80と81のゲートの間にそれぞれの
しきい値電圧の絶対値の和に等しい電圧を印加する必要
がある0本発明では、トランジスタ82によるソースフ
ォロワ回路を用い、その負荷をダイオード接続(ゲート
とドレインを接続)されたPチャネルMISシランジス
タにすることにより、トランジスタ81のゲートに所定
の電圧を印加するようにしている。トランジスタ80と
82のチャネル長が等しく、そのチャネル幅の比がnで
あり、同様にトランジスタ81と83のチャネル長が等
しく、そのチャネル幅の比がnであるとする。また定電
流源84の電流値をIn とすると、プッシュプル回路
に流れる直流バイアス電流工は I’=nXIq となる。したがって、駆動する負荷容量の値に対して、
このnの値を適当に選ぶことにより、必要な速度性能を
得ることができる。
また、この発明では、平滑容量としてMISトランジス
タのゲート容量を用いている。これにより、少ない面積
で大きな容量を効率よく得ることができる。
タのゲート容量を用いている。これにより、少ない面積
で大きな容量を効率よく得ることができる。
一方、第7図中、基準電圧源100はバンドギャップ基
準電圧発生器である。また、差動増幅器において、91
は定電流源92は非反転入力。
準電圧発生器である。また、差動増幅器において、91
は定電流源92は非反転入力。
93は反転入力である。
一般に、MIS集積回路あるいはバイポーラ集積回路を
問わず、最も温度安定性の優れた基$電圧発生器は、バ
ンドギャップ基準電圧発生器である。その安定化電圧は
室温(25℃=298K)において約1.26V ある
0本例では、この基準電圧発生器を用い、また、1/3
の分圧器を用いて、電流バッファの出力に、バンドギャ
ップ基準電圧1.26Vの3倍、すなわち3.78Vの
電圧を得ている。MIS−LSIにおいて、もつともよ
く用いられる電源電圧5v以内の電圧でなるべく高い安
定化電圧として、4v前後の値が、回路動作上、都合が
良い0分圧比としては、ここに示した1/3以外にも、
例えば拡散層抵抗等を用いることにより、任意の値を得
ることができる。ただ、例えば拡散層の層抵抗は一般に
低く高い抵抗値を得るためには大きな面積を占めてしま
う。したがって、本例のように整数分の1の比の場合に
は、MISトランジスタを用いるのが面積効率の点で好
ましい、というのも、MISトランジスタのチャネル抵
抗は高いからである。同じゲート長、ゲート幅を有する
MISトランジ・スタを用いれば整数分の1の分圧比を
容易に得ることができる。
問わず、最も温度安定性の優れた基$電圧発生器は、バ
ンドギャップ基準電圧発生器である。その安定化電圧は
室温(25℃=298K)において約1.26V ある
0本例では、この基準電圧発生器を用い、また、1/3
の分圧器を用いて、電流バッファの出力に、バンドギャ
ップ基準電圧1.26Vの3倍、すなわち3.78Vの
電圧を得ている。MIS−LSIにおいて、もつともよ
く用いられる電源電圧5v以内の電圧でなるべく高い安
定化電圧として、4v前後の値が、回路動作上、都合が
良い0分圧比としては、ここに示した1/3以外にも、
例えば拡散層抵抗等を用いることにより、任意の値を得
ることができる。ただ、例えば拡散層の層抵抗は一般に
低く高い抵抗値を得るためには大きな面積を占めてしま
う。したがって、本例のように整数分の1の比の場合に
は、MISトランジスタを用いるのが面積効率の点で好
ましい、というのも、MISトランジスタのチャネル抵
抗は高いからである。同じゲート長、ゲート幅を有する
MISトランジ・スタを用いれば整数分の1の分圧比を
容易に得ることができる。
また、その場合1本例のように、分圧器を構成する各ト
ランジスタの基板を分離し、ソースに接続することで基
板バイアス効果の影響を受けずに。
ランジスタの基板を分離し、ソースに接続することで基
板バイアス効果の影響を受けずに。
より正確な分圧比を得ることができる。このような基板
の分離は、NウェルのC−MIS$積回路にて、ウェル
を分離してPチャネルのMISトランジスタを構成すれ
な良い、また同様に、PウェルのC−MIS集積回路で
は、分圧器をNチャネルのMISトランジスタで構成す
れば良い。
の分離は、NウェルのC−MIS$積回路にて、ウェル
を分離してPチャネルのMISトランジスタを構成すれ
な良い、また同様に、PウェルのC−MIS集積回路で
は、分圧器をNチャネルのMISトランジスタで構成す
れば良い。
電流バッファ75と76.77の特性がそろっていれば
、負荷78.79には、3.78V が供給される。
、負荷78.79には、3.78V が供給される。
また、本発明では、接地電圧の配線を、定常電流のみを
流す72とスイッチング時に電流を流す73とに分けて
いる。これにより、負荷のスイッチング動作に伴って、
接地配線に電流が流れ、接地配線の電圧が上昇するため
に安定化電圧が変動するという現像を防止することがで
きる。
流す72とスイッチング時に電流を流す73とに分けて
いる。これにより、負荷のスイッチング動作に伴って、
接地配線に電流が流れ、接地配線の電圧が上昇するため
に安定化電圧が変動するという現像を防止することがで
きる。
第8図は、第7図中に用いたバンドギャップ基準電圧発
生器の具体的な回路構成図である。
生器の具体的な回路構成図である。
図中、100がバンドキャップ基準電圧発生器。
102が第7図中の定電流源を構成するための補助回路
である。
である。
バンドギャップ基準電圧発生器は、101で示した定電
流発生部と、その他の部分よりなっている。定電流発生
部では、トランジスタ103と104および105と1
06によりミラー回路を構成し、バイポーラトランジス
タ107と108に流れる電流Iy+を等しくしている
。また同等に、トランジスタ105と106のソースの
電圧を等しくしている。バイポーラトランジスタ107
と108に対するエミッタの面積比をne とし、抵抗
109の値をR工とするとIRは、 z q と表せる。ここにkはボルツアン定数、Tは絶対温度、
qは電荷製量である。
流発生部と、その他の部分よりなっている。定電流発生
部では、トランジスタ103と104および105と1
06によりミラー回路を構成し、バイポーラトランジス
タ107と108に流れる電流Iy+を等しくしている
。また同等に、トランジスタ105と106のソースの
電圧を等しくしている。バイポーラトランジスタ107
と108に対するエミッタの面積比をne とし、抵抗
109の値をR工とするとIRは、 z q と表せる。ここにkはボルツアン定数、Tは絶対温度、
qは電荷製量である。
定電流発生部においてMISトランジスタ110と11
1は平滑容量であり、それぞれMISトランジスタ10
3,104および105,106のゲート・ソース間電
圧をクランプし、それぞれに流れる電流を安定化してい
る。これにより、電源電圧が変動した時の定電流発生源
の電流値の温度変動を極めて小さくすることができる。
1は平滑容量であり、それぞれMISトランジスタ10
3,104および105,106のゲート・ソース間電
圧をクランプし、それぞれに流れる電流を安定化してい
る。これにより、電源電圧が変動した時の定電流発生源
の電流値の温度変動を極めて小さくすることができる。
一方、トランジスタ112は103とミラー回路を構成
しているので、バイポーラトランジスタ113にも電流
IFIが流れる。したがって抵抗114の値をR2とす
ると、バンドギャップ基準電圧の値VRとして となる。ここにVbeは113のベース・エミッタ間電
圧である。したがって、R1,Rz、Neの値を適当に
選べば、室温付近でVFIの温度依存性を極めて小さく
することができる。そのときのVRの値は約1.26V
である。
しているので、バイポーラトランジスタ113にも電流
IFIが流れる。したがって抵抗114の値をR2とす
ると、バンドギャップ基準電圧の値VRとして となる。ここにVbeは113のベース・エミッタ間電
圧である。したがって、R1,Rz、Neの値を適当に
選べば、室温付近でVFIの温度依存性を極めて小さく
することができる。そのときのVRの値は約1.26V
である。
また、この回路で得られる定電流を、補助回路102を
用いることにより、他の回路でも用いることができる。
用いることにより、他の回路でも用いることができる。
すなわち、トランジスタ103と116にてミラー回路
を、また同様に117と118にてミラー回路を構成し
、負荷119に定電流を流す、このようにトランジスタ
117とミラー接続するトランジスタを設けてやること
により、いくつづでも定電流源を得ることができる。
を、また同様に117と118にてミラー回路を構成し
、負荷119に定電流を流す、このようにトランジスタ
117とミラー接続するトランジスタを設けてやること
により、いくつづでも定電流源を得ることができる。
また、第9図には、バイポーラ・トランジスタの断面構
造図を示す。C−MIS集積回路では、半導体基板中に
基板と異なる導電形を有する島状の拡散領域(ウェル)
を形成する。
造図を示す。C−MIS集積回路では、半導体基板中に
基板と異なる導電形を有する島状の拡散領域(ウェル)
を形成する。
図中、130はP形の半導体基板、131はN形のウェ
ル、132はウェルに電位を与えるためのN十拡散層、
133はウェル中に形成されたP十拡散層である。この
ようにNウェル構造のC−MIS−LSIでは容易にP
NP トランジスタを、これと同様にPウェル構造のC
−MIS・LSIでは容易にNPNトランジスタを同時
に形成することができる。したがって、この場合には。
ル、132はウェルに電位を与えるためのN十拡散層、
133はウェル中に形成されたP十拡散層である。この
ようにNウェル構造のC−MIS−LSIでは容易にP
NP トランジスタを、これと同様にPウェル構造のC
−MIS・LSIでは容易にNPNトランジスタを同時
に形成することができる。したがって、この場合には。
Nウェルを接地し、133をエミッタとすることにより
、第8図中107,108,113などのバイポーラ・
トランジスタを得ることができる。
、第8図中107,108,113などのバイポーラ・
トランジスタを得ることができる。
以上、述べたごとく、本発明になるMIS型電圧安定化
回絡は(、−MIS−LSIと構造上、整合性が良く、
高集積であり、かつ、負荷駆動能力に優れている。
回絡は(、−MIS−LSIと構造上、整合性が良く、
高集積であり、かつ、負荷駆動能力に優れている。
したがって、例えばこれを、1つのメモリセル当り複数
のビットを記憶する多値記憶メモリなどに適用すること
ができる。具体的には、ワード線に印加する階段波電圧
の基準電圧や、電荷転送型増幅器の転送ゲートを駆動す
る電源などである。
のビットを記憶する多値記憶メモリなどに適用すること
ができる。具体的には、ワード線に印加する階段波電圧
の基準電圧や、電荷転送型増幅器の転送ゲートを駆動す
る電源などである。
これにより、多値記憶メモリの動作安定性を高いものに
し、特性を飛躍的に向上させることができる。
し、特性を飛躍的に向上させることができる。
以上説明した如く、本発明によれば、アナログ。
ディジタルの両信号を扱うMIS−LSIにおいて、集
積度が高く、高速セトリングの電圧安定化回路を容易に
構成でき、こねにより、従来の比べて、アナログ回路部
の特性を飛躍的に向上させ、アナログ、ディジタルのバ
ランスをとることにより、MIS−LSIの本来の長所
である多機能性を生かした装置を提供することができる
。
積度が高く、高速セトリングの電圧安定化回路を容易に
構成でき、こねにより、従来の比べて、アナログ回路部
の特性を飛躍的に向上させ、アナログ、ディジタルのバ
ランスをとることにより、MIS−LSIの本来の長所
である多機能性を生かした装置を提供することができる
。
第1図は本発明の実施例を示す回路構成図、第2図、第
3図は従来の電圧安定化回路の構成図と動作波形図、第
4図、第5図は他の従来の電圧安定化回路の構成図と動
作波形図、第6図は第1図の回路の動作波形図、第7図
は第1図の回路の具体的な実施例を示す回路図、第8図
は本発明の基準電圧発生部の実施例を示す部分回路図、
第9図は第8図の実施例中で用いたバイポーラ・トラン
ジスタの断面構造図である。 1・・・基準電圧源、2・・・負荷回路、3・・・負荷
容量、30・・・増幅器、31・・・差動増幅器、34
・・・スイツング・ゲート、52・・・平滑容量、54
.55・・・電流バッファ、59.64・・・バイアス
手段、75゜76.77・・・電流バッファ、78・・
・負荷容量、79・・・負荷回路、84・・・定電流源
、51・・・差動増幅器、56・・・分圧器、100・
・・バンドギャップ基準電圧発生器、101・・・定電
流発生回路、107゜108.113・・・バイポーラ
・トランジスタ。 110.111−・・平滑容量、109,114−・・
抵抗、130.・・・半導一体基板(P型)、131・
・・Nつ早 l 国 奉 6 目 101゜ 早 2 目 早 3 口 1o1゜ 早 ヰ の 第 !; 口
3図は従来の電圧安定化回路の構成図と動作波形図、第
4図、第5図は他の従来の電圧安定化回路の構成図と動
作波形図、第6図は第1図の回路の動作波形図、第7図
は第1図の回路の具体的な実施例を示す回路図、第8図
は本発明の基準電圧発生部の実施例を示す部分回路図、
第9図は第8図の実施例中で用いたバイポーラ・トラン
ジスタの断面構造図である。 1・・・基準電圧源、2・・・負荷回路、3・・・負荷
容量、30・・・増幅器、31・・・差動増幅器、34
・・・スイツング・ゲート、52・・・平滑容量、54
.55・・・電流バッファ、59.64・・・バイアス
手段、75゜76.77・・・電流バッファ、78・・
・負荷容量、79・・・負荷回路、84・・・定電流源
、51・・・差動増幅器、56・・・分圧器、100・
・・バンドギャップ基準電圧発生器、101・・・定電
流発生回路、107゜108.113・・・バイポーラ
・トランジスタ。 110.111−・・平滑容量、109,114−・・
抵抗、130.・・・半導一体基板(P型)、131・
・・Nつ早 l 国 奉 6 目 101゜ 早 2 目 早 3 口 1o1゜ 早 ヰ の 第 !; 口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1の基準電圧を発生する基準電圧源と、第1の基
準電圧を非反転入力とし、出力から反転入力には第1の
電流バッファと分圧器により構成される帰還回路により
負帰還を施した差動増幅器と、差動増幅器の出力に接続
され負荷回路を駆動するべく設けられ、かつ第1の電流
バッファと同種の電流バッファとを少なくとも1つ有し
、負帰回路には第1の基準電圧に比例する第3の基準電
圧を供給するようにし、上記差動増幅器の出力と接地電
位の間には平滑容量が接続されてなることを特徴とする
MIS電圧安定化装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において、上記電
流バッファは少なくとも1つずつのNチャネルとPチャ
ネルのMISトランジスタによつて構成されるプッシュ
プル回路と、該プッシュプル回路に直流バイアス電流を
流すべく設けられたバイアス手段とを、それぞれ少なく
とも有することを特徴とするMIS電圧安定化装置。 3、特許請求の範囲第1項記載の装置において、上記バ
イアス手段が、基準電圧を入力とするNチャネルまたは
PチャネルのMISトランジスタのソースフォロワによ
り構成され、かつ該ソースフォロワの負荷が、ゲートと
ドレインを接続されたPチャネルまたはNチャネルのM
ISトランジスタと定電流源の直列接続により構成され
てなることを特徴とするMIS電圧安定化装置。 4、特許請求の範囲第1項記載の装置において、電流バ
ッファの駆動する負荷の容量値C_Lと、該電流バッフ
ァのプッシュプル回路に流れる直流バイアス電流値Iの
間に 5×10^7≧I/C_L≧5×10^5 なる関係が成り立つことを特徴とするMIS電圧安定化
装置。 5、特許請求の範囲第1項記載の装置において、上記平
滑容量値G_Rと上記電流バッファのプッシュプル回路
を構成するNチャネルまたはPチャネルのMISトラン
ジスタのうち、ゲート面積が最大なもののゲート容量値
C_Gとの間に50≧G_R/C_G≧0.5なる関係
が成り立つことを特徴とするMIS電圧安定化装置。 6、特許請求の範囲第1項記載の装置において、上記基
準電圧発生手段が、差動増幅手段と、該差動増幅手段の
非反転入力に接続された基準電圧源と、該差動増幅手段
の出力に接続された電流バッファと、該電流バッファの
出力と上記差動増幅手段の反転入力にともに接続された
分圧手段とから、それぞれ少なくとも構成されてなるこ
とを特徴とするMIS電圧安定化装置。 7、特許請求の範囲第5項記載の装置において、上記基
準電圧源の発生する電圧V_R_1が1.3V≧V_R
_1≧1.2V なる関係にあることを特徴とするMIS電圧安定化装置
。 8、特許請求の範囲第5項記載の装置において、上記分
圧手段は、上記電流バッファの出力電圧の1/3の値を
上記差動増幅手段の反転入力に印加することを特徴とす
るMIS電圧安定化装置。 9、特許請求の範囲第5項記載の装置において、上記分
圧手段が複数のウェル内に形成された複数のMISトラ
ンジスタよりなることを特徴とするMIS電圧安定化装
置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61054767A JPS62212713A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Mis電圧安定化装置 |
US06/896,257 US4701884A (en) | 1985-08-16 | 1986-08-14 | Semiconductor memory for serial data access |
KR1019860006725A KR900002664B1 (ko) | 1985-08-16 | 1986-08-14 | 시리얼 데이터 기억 반도체 메모리 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61054767A JPS62212713A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Mis電圧安定化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62212713A true JPS62212713A (ja) | 1987-09-18 |
Family
ID=12979922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61054767A Pending JPS62212713A (ja) | 1985-08-16 | 1986-03-14 | Mis電圧安定化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62212713A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0212509A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 定電圧回路 |
JPH036054A (ja) * | 1989-06-01 | 1991-01-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体電圧検出回路 |
-
1986
- 1986-03-14 JP JP61054767A patent/JPS62212713A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0212509A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 定電圧回路 |
JPH036054A (ja) * | 1989-06-01 | 1991-01-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体電圧検出回路 |
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