KR102227586B1 - 전압 레귤레이터 - Google Patents
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Abstract
과제
리크 전류의 영향에 의해 기준 전압 회로의 출력 전압이 감소하더라도, 출력 전압의 정밀도를 유지할 수 있는 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.
해결 수단
기준 전압 회로가 출력하는 기준 전압과, 출력 트랜지스터가 출력하는 출력 전압을 분압하는 분압 회로가 출력하는 피드백 전압의 차이를 증폭시켜 출력하고, 상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 오차 증폭 회로와, 상기 분압 회로의 출력 단자에 형성된 리크 전류 보정 회로를 구비하고, 상기 리크 전류 보정 회로는, 고온시에 상기 피드백 전압을 감소시켜, 상기 출력 전압의 저하를 방지하는 전압 레귤레이터.
리크 전류의 영향에 의해 기준 전압 회로의 출력 전압이 감소하더라도, 출력 전압의 정밀도를 유지할 수 있는 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.
해결 수단
기준 전압 회로가 출력하는 기준 전압과, 출력 트랜지스터가 출력하는 출력 전압을 분압하는 분압 회로가 출력하는 피드백 전압의 차이를 증폭시켜 출력하고, 상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 오차 증폭 회로와, 상기 분압 회로의 출력 단자에 형성된 리크 전류 보정 회로를 구비하고, 상기 리크 전류 보정 회로는, 고온시에 상기 피드백 전압을 감소시켜, 상기 출력 전압의 저하를 방지하는 전압 레귤레이터.
Description
본 발명은 고온시에 기준 전압 회로가 리크 전류의 영향을 받아도, 출력 전압의 정밀도가 양호한 전압 레귤레이터에 관한 것이다.
종래의 전압 레귤레이터에 대해 설명한다. 도 7 은, 종래의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
차동 증폭 회로 (104) 는, 기준 전압 회로 (103) 의 기준 전압 (VREF) 과 분압 회로 (106) 의 피드백 전압 (VFB) 을 비교하여, VREF 와 VFB 가 동일한 전압이 되도록 출력 트랜지스터 (105) 의 게이트 전압을 제어한다. 출력 단자 (102) 의 출력 전압을 VOUT 로 하면, 출력 전압 (VOUT) 은 하기의 식에 의해 구해진다.
VOUT = (RS + RF)/RS × VREF … (1)
여기서, RF 는 저항 (121) 의 저항값, RS 는 저항 (122) 의 저항값을 나타낸다.
기준 전압 회로 (103) 는 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 와 NMOS 트랜지스터 (132) 로 구성되며, 기준 전압 회로 (103) 의 온도 특성을 개선시키고, 온도에 대한 출력 전압 (VOUT) 의 정밀도를 유지하도록 제어되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 종래의 기술에서는, 기준 전압 회로 (103) 를 구성하고 있는 NMOS 트랜지스터 (132) 및 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 가 정크션 리크 전류 및 채널 리크 전류를 흘리는 고온 상태가 되면, 리크 전류의 영향에 의해 VREF 가 감소하고, 출력 전압 (VOUT) 도 감소한다는 과제가 있었다 (도 6(A) 참조). 그리고, 고온시에 리크 전류의 영향에 의해, 출력 전압 (VOUT) 의 정밀도를 일정한 범위 내로 유지할 수 없다는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 리크 전류의 영향에 의해 기준 전압 회로의 출력 전압이 감소하더라도, 출력 전압의 정밀도를 유지할 수 있는 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전압 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.
기준 전압 회로가 출력하는 기준 전압과, 출력 트랜지스터가 출력하는 출력 전압을 분압하는 분압 회로가 출력하는 피드백 전압의 차이를 증폭시켜 출력하고, 상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 오차 증폭 회로와, 상기 분압 회로의 출력 단자에 형성된 리크 전류 보정 회로를 구비하고, 상기 리크 전류 보정 회로는, 고온시에 상기 피드백 전압을 감소시켜, 상기 출력 전압의 저하를 방지하는 전압 레귤레이터.
본 발명의 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 고온시에 리크 전류 보정 회로의 오프 리크 전류에 의해 피드백 전압을 감소시켜, 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있다. 또, 복잡한 구성을 이용하지 않고 오프 리크의 영향을 감소시킬 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 제 2 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 제 3 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 4 는 본 발명의 전압 레귤레이터에 용량 보정 회로를 추가한 회로도이다.
도 5 는 본 발명의 전압 레귤레이터의 리크 전류 보정 회로의 정밀도를 향상시키기 위한 일례를 나타내는 회로도이다.
도 6 은 전압 레귤레이터의 출력 전압과 리크 전류의 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 7 은 종래의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 제 2 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 제 3 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 4 는 본 발명의 전압 레귤레이터에 용량 보정 회로를 추가한 회로도이다.
도 5 는 본 발명의 전압 레귤레이터의 리크 전류 보정 회로의 정밀도를 향상시키기 위한 일례를 나타내는 회로도이다.
도 6 은 전압 레귤레이터의 출력 전압과 리크 전류의 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 7 은 종래의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1 은 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터의 회로도이다. 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터는, 기준 전압 회로 (103) 와, 차동 증폭 회로 (104) 와, 출력 트랜지스터 (105) 와, 분압 회로 (106) 와, 리크 전류 보정 회로 (107), 그라운드 단자 (100), 전원 단자 (101), 출력 단자 (102) 로 구성되어 있다. 분압 회로 (106) 는 저항 (121, 122) 으로 구성된다. 리크 전류 보정 회로 (107) 는 저항 (141) 과 NMOS 트랜지스터 (142) 로 구성된다. 기준 전압 회로 (103) 는 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 와 NMOS 트랜지스터 (132) 로 구성된다.
접속에 대해 설명한다. 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 는, 게이트와 소스는 NMOS 트랜지스터 (132) 의 게이트 및 드레인과 차동 증폭 회로 (104) 의 반전 입력 단자에 접속되고, 드레인은 전원 단자 (101) 에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (132) 의 소스는 그라운드 단자 (100) 에 접속된다. 차동 증폭 회로 (104) 는, 출력은 출력 트랜지스터 (105) 의 게이트에 접속되고, 비반전 입력 단자는 저항 (121) 의 일방의 단자와 저항 (122) 의 일방의 단자의 접속점에 접속된다. 출력 트랜지스터 (105) 는, 소스는 전원 단자 (101) 에 접속되고, 드레인은 출력 단자 (102) 및 저항 (121) 의 또 다른 일방의 단자에 접속된다. 저항 (122) 의 또 다른 일방의 단자는 그라운드 단자 (100) 에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (142) 는, 드레인은 저항 (141) 을 통하여 차동 증폭 회로 (104) 의 비반전 입력 단자에 접속되고, 게이트 및 소스는 그라운드 단자 (100) 에 접속된다.
다음으로, 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터의 동작에 대해 설명한다. 상온시에는 NMOS 트랜지스터 (142) 에 의해 리크 전류 보정 회로 (107) 는 전류를 흘리지 않아, 전압 레귤레이터의 동작에는 영향을 미치지 않는다. 저항 (141) 을 사용함으로써 출력 단자 (102) 의 출력 전압 (VOUT) 이 변동하고, 차동 증폭 회로 (104) 의 귀환 동작을 실시할 때에, NMOS 트랜지스터 (142) 의 드레인-게이트 사이 및 드레인-벌크 사이의 기생 용량이 전압 레귤레이터의 동작에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
고온시, 기준 전압 회로 (103) 를 구성하고 있는 NMOS 트랜지스터 (132) 및 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 는, 정크션 리크 전류를 흘리기 때문에, 기준 전압 회로 (103) 의 출력 전압인 기준 전압 VREF 를 감소시킨다. 마찬가지로, NMOS 트랜지스터 (142) 도 오프 리크 전류를 흘리기 때문에, 분압 회로 (106) 의 피드백 전압 VFB 를 감소시킨다. 기준 전압 VREF 의 감소와 동일한 전압을 NMOS 트랜지스터 (142) 에 의해 피드백을 낮춤으로써, 피드백 전압 VFB 와 기준 전압 VREF 를 동일한 전압으로 유지할 수 있다. 이렇게 하여, 차동 증폭 회로 (104) 의 출력은 변화하지 않고, 출력 트랜지스터 (105) 의 게이트-소스 사이 전압도 변화하지 않기 때문에 출력 전압 (VOUT) 의 감소가 억제된다.
도 6(B) 에 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터의 출력 전압 (VOUT) 과 온도 (Ta) 의 관계를 나타낸다. 고온시에 기준 전압 VREF 의 감소와 동일한 전압만큼 피드백 전압 VFB 를 낮춤으로써, 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있다. 더욱 온도가 증가했을 때에는, 도 6(C) 에 나타내는 바와 같이, 리크 전류 (Ileak) 는 지수함수적으로 증가하고, NMOS 트랜지스터 (142) 의 오프 리크 전류에 의해 피드백 전압 VFB 를 낮추는 비율이, 기준 전압 회로 (103) 의 리크 전류에 의해 기준 전압 VREF 를 낮추는 비율보다 커지기 때문에, 출력 전압 (VOUT) 은 온도 상승과 함께 매끄럽게 상승한다. 이와 같이 하여, 고온시의 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있다. 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제하는 것에 사용하는 소자는 저항 및 오프 트랜지스터뿐이므로, IC 의 면적을 증대시키지 않고, 복잡한 구성을 사용하지 않고 오프 리크의 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 기준 전압 회로는 본 발명의 동작을 만족시키는 것이면 구성이 한정되는 것은 아니고 어떠한 구성이어도 된다.
이상으로부터, 제 1 실시형태의 전압 레귤레이터는, 고온시에 리크 전류 보정 회로 (107) 의 오프 리크 전류에 의해 분압 회로 (106) 의 피드백 전압 VFB 를 감소시킴으로써, 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있다. 또, 복잡한 구성을 사용하지 않고 오프 리크의 영향을 감소시킬 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 2 는 제 2 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다. 도 1 과의 차이는, 리크 전류 보정 회로 (107) 에 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 를 이용하고, 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 의 드레인 및 게이트는, NMOS 트랜지스터 (142) 의 게이트 및 소스에 접속되고, 소스가 그라운드 단자 (100) 에 접속된 점이다.
다음으로, 제 2 실시형태의 전압 레귤레이터의 동작에 대해 설명한다. NMOS 트랜지스터 (142) 의 게이트 및 소스가 접속되어 있기 때문에, 리크 전류 보정 회로 (107) 는 고온시에 오프 리크 전류를 흘려 피드백 전압 VFB 를 낮출 수 있다. 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 는, NMOS 트랜지스터 (142) 에 의해 상온시에 전류를 흘리지 않고, 고온시에만 정크션 리크 전류를 흘린다. 기준 전압 회로 (103) 를 구성하고 있는 NMOS 트랜지스터 (132) 와 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 와 동일한 구조의 소자를, 리크 전류 보정 회로 (107) 의 소자로서 사용함으로써, 프로세스 편차나 온도 변화에 의해 영향을 받는 경우가 없고, 기준 전압 회로 (103) 가 구성하고 있는 소자의 정크션 리크 전류와 동일한 특성의 정크션 리크 전류를 흘릴 수 있다. 이로써, 프로세스 의존에 의한 특성 편차도 안정적인 특성이 얻어지고, 고온시에 보다 정밀도가 양호하고 리크 전류 보정 회로 (107) 의 리크 전류에 의해 피드백 전압 VFB 를 낮춰, 기준 전압 VREF 와 동일한 전압으로 유지할 수 있다. 이렇게 하여, 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제시킬 수 있고, 출력 전압 (VOUT) 의 정밀도를 일정한 범위 내로 유지할 수 있다.
또한, 기준 전압 회로 (103) 를 구성하고 있는 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (131) 와 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 는, 동일한 웰 (Well) 상에 두는 것이 바람직하다. 또, 기준 전압 회로는 본 발명의 동작을 만족시키는 것이면 구성이 한정되는 것은 아니고 어떠한 구성이어도 된다.
이상으로부터, 리크 전류 보정 회로 (107) 에 디프레션형 NMOS 트랜지스터를 사용하여, 기준 전압 회로 (103) 와 동일한 구조의 소자로 구성함으로써, 리크 전류 보정 회로 (107) 와 기준 전압 회로 (103) 의 프로세스 편차를 억제한 리크 전류에 의해 피드백 전압 VFB 를 낮출 수 있다. 그리고, 양호한 정밀도로 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있어, 출력 전압 (VOUT) 의 정밀도를 일정한 범위 내로 유지하는 것이 가능해진다.
[제 3 실시형태]
도 3 은 제 3 실시형태의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다. 도 2 와의 차이는, 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 의 게이트를 그라운드 단자 (100) 에 접속한 점이다.
동작에 대해 설명한다. NMOS 트랜지스터 (142) 의 게이트 및 소스에 접속되어 있음으로써, 리크 전류 보정 회로 (107) 는 고온시에 오프 리크 전류를 흘려 피드백 전압 VFB 를 낮출 수 있다. NMOS 트랜지스터 (142) 에 의해 상온시에 전류를 흘리지 않고, 고온시에만 정크션 리크 전류를 흘린다. 따라서, 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301) 의 게이트의 접속이 그라운드 단자에 접속되어도 상온시에는 전류가 흐르지 않아, 고온시에 흐르는 정크션 리크 전류는 동일하기 때문에, 기준 전압 회로 (103) 의 리크 전류와 동일한 특성의 정크션 리크 전류를 흘릴 수 있어 프로세스 편차를 억제할 수 있다. 그 밖의 동작은 도 2 와 같다.
이상으로부터, 리크 전류 보정 회로 (107) 에 디프레션형 NMOS 트랜지스터를 사용하고, 기준 전압 회로 (103) 와 동일한 구조의 소자로 구성함으로써, 리크 전류 보정 회로 (107) 와 기준 전압 회로 (103) 의 프로세스 편차를 억제한 리크 전류에 의해 피드백 전압 VFB 를 낮출 수 있다. 그리고, 양호한 정밀도로 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제할 수 있어, 출력 전압 (VOUT) 의 정밀도를 일정한 범위 내로 유지하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터에 의하면, 고온에 의한 리크 전류에 의해 기준 전압 회로 (103) 의 기준 전압이 저하되어도, 리크 전류 보정 회로가 피드백 전압 VFB 도 동일하게 낮출 수 있으므로, 출력 전압 (VOUT) 의 감소를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 리크 전류 보정 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 이하에 나타내는 바와 같은 구성으로 함으로써, 더욱 기능이나 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 4 는, 본 발명의 전압 레귤레이터에 용량 보정 회로 (208) 를 추가한 회로도이다. 도 1 과의 차이는, 용량 보정 회로 (208) 가 차동 증폭 회로 (104) 의 반전 입력 단자에 접속되어 있는 점이다. 용량 보정 회로 (208) 는, NMOS 트랜지스터 (202) 와 저항 (201) 을 구비하고 있다. NMOS 트랜지스터 (202) 는, 드레인과 소스와 기판이 그라운드 단자 (100) 에 접속되고, 게이트는 저항 (201) 을 통하여 차동 증폭 회로 (104) 의 반전 입력 단자에 접속된다. 여기서, 용량 보정 회로 (208) 는, 리크 전류 보정 회로 (107) 의 기생 용량과 동등한 용량값으로 설정한다.
본 발명의 전압 레귤레이터는, 용량 보정 회로 (208) 를 형성함으로써, 리크 전류 보정 회로 (107) 에 의한 기생 용량의 영향을 상쇄하여, 회로 동작의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 5 는, 본 발명의 전압 레귤레이터의 리크 전류 보정 회로 (107) 의 정밀도를 향상시키기 위한 일례를 나타내는 회로도이다. 리크 전류 보정 회로 (107) 는, 예를 들어, 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301, 501, 502) 를 사용하여 각각 병렬로 접속시키고, 휴즈 (503, 504, 505) 로 트리밍할 수 있도록 구성하였다. 따라서, 디프레션형 NMOS 트랜지스터 (301, 501, 502) 를 트리밍함으로써, 리크 전류 보정 회로 (107) 의 리크 전류 특성을 최적값으로 할 수 있다.
또한, 이들 구성은, 모든 실시형태의 회로에 적용할 수 있다.
100 : 그라운드 단자
101 : 전원 단자
102 : 출력 단자
103 : 기준 전압 회로
104 : 차동 증폭 회로
105 : 출력 트랜지스터
106 : 분압 회로
107 : 리크 전류 보정 회로
208 : 용량 보정 회로
101 : 전원 단자
102 : 출력 단자
103 : 기준 전압 회로
104 : 차동 증폭 회로
105 : 출력 트랜지스터
106 : 분압 회로
107 : 리크 전류 보정 회로
208 : 용량 보정 회로
Claims (4)
- 기준 전압 회로가 출력하는 기준 전압과, 출력 트랜지스터가 출력하는 출력 전압을 분압하는 분압 회로가 출력하는 피드백 전압의 차이를 증폭시켜 출력하고, 상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 오차 증폭 회로와,
상기 분압 회로의 출력 단자에 형성된, 상기 기준 전압 회로의 리크 전류와 동일한 특성의 리크 전류를 흘리는 리크 전류 보정 회로를 구비하고,
상기 리크 전류 보정 회로는, 고온시에 상기 피드백 전압을 감소시켜, 상기 출력 전압의 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 리크 전류 보정 회로는,
저항과,
게이트와 소스가 그라운드 단자에 접속되고, 드레인이 상기 저항을 통하여 상기 분압 회로의 출력 단자에 접속된 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 리크 전류 보정 회로는,
저항과,
게이트와 소스가 접속되고, 드레인이 상기 저항을 통하여 상기 분압 회로의 출력 단자에 접속된 제 1 트랜지스터와,
드레인이 상기 제 1 트랜지스터의 게이트와 소스에 접속되고, 소스가 그라운드 단자에 접속된 제 2 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터. - 제 3 항에 있어서,
상기 리크 전류 보정 회로를 구성하는 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는,
상기 기준 전압 회로를 구성하는 트랜지스터와 동일한 구성인 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
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