KR20070064711A - 모스형의 정전압원 회로 - Google Patents

모스형의 정전압원 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모스형의 정전압원 회로에 관한 것으로, 전류/전압 컨버터가 포함된 레퍼런스 회로를 이용함으로써, 모스 공정조건의 변화에 따른 문턱전압 변화에도 안정적인 출력전압을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 출력전압을 간단하게 변화시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의한 모스형의 정전압원 회로는, 일정 크기의 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 컨버터 및 복수개의 모스 트랜지스터를 포함하며, 상기 전류/전압 컨버터에 의해 변환된 전압을 기준전압으로 출력하는 레퍼런스 회로; 및 상기 레퍼런스 회로에 연결되어 상기 레퍼런스 회로에서 출력되는 상기 기준전압을 버퍼링하여 얻은 일정 크기의 전압을 출력하는 출력버퍼;를 포함한다.
정전압원 회로, 레퍼런스 회로, 전류/전압 컨버터, 모스 트랜지스터

Description

모스형의 정전압원 회로{CONSTANT VOLTAGE SOURCE CIRCUIT OF MOS FORM}
도 1은 종래 기술에 의한 모스형의 정전압원 회로의 회로도
도 2는 본 발명에 의한 모스형의 정전압원 회로의 회로도
도 3은 도 2의 회로도를 이용하여 1.8V의 출력전압을 얻기 위해 설계된 정전압원 회로의 회로도
도 4a 및 도 4b는 도 3의 회로도를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
210 : 레퍼런스 회로 211~214 : 제 1 내지 제 4 모스 트랜지스터
215 : 제 1 저항 216 : 전류/전압 컨버터
216a: 전류미러 216b: 제 2 저항
220 : 출력버퍼
본 발명은 모스형의 정전압원 회로에 관한 것으로, 전류/전압 컨버터가 포함된 레퍼런스 회로를 이용함으로써, 모스 공정조건의 변화에 따른 문턱전압 변화에도 안정적인 출력전압을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 출력전압을 간단하게 변화시킬 수 있는 모스형의 정전압원 회로에 관한 것이다.
최근의 반도체 장치는 고속, 저전력화, 고집적화됨에 따라 온도나 외부 전원변화에 대해 안정되고 일정한 전압을 공급해주는 정전압원 회로를 통해 동작전원을 공급받고 있다.
따라서, 정전압원 회로를 설계하기 위해서는 물리적 상수에 기초를 둔 전압을 사용하여야 하며, 대표적인 것으로 PN 접합의 빌트 인(Built-In) 전압과 MOS 구조의 문턱전압이 있다.
상기의 전압 값들은 소자의 크기보다는 공정조건에만 의존하는 특성이 있기 때문에 설계 변수들이 적으며, 이에 따라 기준전압을 사용하기가 편리하다.
따라서, 주변회로를 설계하여 온도에 따른 변동을 최소화하는 것이 관건이며, 이 방법에 따라 다양한 회로 형태가 제안되고 있다.
이에 따라, 흔히 사용되는 정전압원 회로에는 BJT(Bipolar Junction Transistor)형과 MOS형 두가지가 있다.
BJT형은 온도특성이 뛰어나다는 장점이 있지만 CMOS회로에서는 BJT가 기생소자에 불과하기 때문에 공정조건이나 설계변수들이 최적화되어 있지 않으며, 이에 따라 회로 설계 구현이 어렵다는 단점이 있다.
MOS형은 공정조건이 안정되어 있어 회로 설계 구현이 용이하나, BJT형에 비 해 온도특성이 떨어지는 단점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 모스형의 정전압원 회로의 회로도로써, 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 모스형이 정전압원 회로는, 레퍼런스 회로(110) 및 출력단(120)으로 구성되어 있다.
상기 레퍼런스 회로(110)는 제 1 내지 제 4 모스 트랜지스터(M1~M4 ; 111~114)로 구성되어 있으며, 상기 출력단(120)은 출력버퍼(120a)와 모스 트랜지스터 및 복수개의 저항(Rb, Rc)을 포함하고 있어 상기 레퍼런스 회로(110)에서 출력되는 기준전압(Vref)을 버퍼링하여 얻은 전압(Vout)을 출력한다.
이때, 상기 출력단(120)을 통해 출력되는 전압(Vout)은 다음의 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
Figure 112005074012485-PAT00001
그러나, 상술한 바와 같은 종래기술에 의한 모스형의 정전압원 회로는, 모스 공정조건이 변화하는 경우, 그에 따라 모스 트랜지스터의 문턱전압도 변화하게 되어 불안정한 전압이 출력되는 문제점이 있었다.
또한, 모스 트랜지스터 및 복수개의 저항을 이용하여야만 출력전압을 변화시킬 수 있어 출력전압을 제어하는 것이 용이하지 않으며, 이에 따라 그 응용범위가 제한되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 전류/전압 컨버터가 포함된 레퍼런스 회로를 이용함으로써, 모스 공정조건의 변화에 따른 문턱전압 변화에도 안정적인 출력전압을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 출력전압을 간단하게 변화시킬 수 있는 모스형의 정전압원 회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 모스형의 정전압원 회로는, 일정 크기의 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 컨버터 및 복수개의 모스 트랜지스터를 포함하며, 상기 전류/전압 컨버터에 의해 변환된 전압을 기준전압으로 출력하는 레퍼런스 회로; 및 상기 레퍼런스 회로에 연결되어 상기 레퍼런스 회로에서 출력되는 상기 기준전압을 버퍼링하여 얻은 일정 크기의 전압을 출력하는 출력버퍼;를 포함한다.
여기서, 상기 레퍼런스 회로는, 소스단이 전원전압단에 연결되고, 게이트단과 드레인단이 서로 연결되는 제 1 모스 트랜지스터; 소스단이 상기 전원전압단에 연결되고, 게이트단이 상기 제 1 모스 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제 2 모스 트랜지스터; 드레인단이 상기 제 1 모스 트랜지스터의 드레인단과 연결되는 제 3 모스 트랜지스터; 소스단이 접지단에 연결되고, 게이트단이 상기 제 3 모스 트랜 지스터의 게이트단 및 드레인단과 연결되며, 드레인단이 상기 제 2 모스 트랜지스터의 드레인단과 연결되는 제 4 모스 트랜지스터; 상기 제 3 모스 트랜지스터의 소스단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제 1 저항; 및 상기 전원전압단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제 1 모스 트랜지스터에 연결되어 상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하고, 상기 복사된 전류를 일정 크기의 전압으로 변환하여 상기 변환된 전압을 기준전압으로 출력하는 전류/전압 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전류/전압 컨버터는, 상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하는 전류미러; 및 상기 전류미러에 의해 복사된 전류를 일정 크기의 전압으로 변환하는 제 2 저항;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 모스 트랜지스터는 피모스 트랜지스터이고, 상기 제 3 및 제 4 모스 트랜지스터는 엔모스 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류미러는, 피모스 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 출력버퍼는, 상기 전류/전압 컨버터에 의해 출력되는 기준전압이 부입력으로 궤환되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 모스형의 정전압원 회로의 회로도로써, 도 2에서 도 시한 바와 같이, 본 발명에 의한 모스형이 정전압원 회로는, 레퍼런스 회로(210) 및 출력버퍼(220)로 구성되어 있다.
상기 레퍼런스 회로(210)는, 제 1 내지 제 4 모스 트랜지스터(211~214)와 제 1 저항(215) 및 전류/전압 컨버터(216)를 포함하고 있으며, 상기 전류/전압 컨버터(216)에 의해 변환된 전압을 기준전압(Vref)으로 출력한다.
여기서, 상기 제 1 모스 트랜지스터(M1 ; 211)는, 소스단이 전원전압단(VDD)에 연결되고, 게이트단과 드레인단이 서로 연결되어 있으며, 상기 제 2 모스 트랜지스터(M2 ; 212)는, 소스단이 상기 전원전압단(VDD)에 연결되고, 게이트단이 상기 제 1 모스 트랜지스터(M1 ; 211)의 게이트단과 연결되어 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 모스 트랜지스터(M1, M2 ; 211, 212)는, 피모스 트랜지스터로 구성되어 있다.
또한, 상기 제 3 모스 트랜지스터(M3 ; 213)는, 드레인단이 상기 제 1 모스 트랜지스터(M1 ; 211)의 드레인단과 연결되어 있으며, 상기 제 4 모스 트랜지스터(M4 ; 214)는, 소스단이 접지단(VSS)에 연결되고, 게이트단이 상기 제 3 모스 트랜지스터(M3 ; 213)의 게이트단 및 드레인단과 연결되며, 드레인단이 상기 제 2 모스 트랜지스터(M2 ; 212)의 드레인단과 연결되어 있다.
이때, 상기 제 3 및 제 4 모스 트랜지스터(M3, M4 ; 213, 214)는, 엔모스 트랜지스터로 구성되어 있다.
또한, 상기 제 1 저항(R1 ; 215)은, 상기 제 3 모스 트랜지스터(M3 ; 213)의 소스단과 상기 접지단(VSS) 사이에 연결되어 있으며, 상기 전류/전압 컨버터(216)는, 상기 전원전압단(VDD)과 접지단(VSS) 사이에 연결되고, 상기 제 1 모스 트랜지스터(M1 ; 211)에 연결되어 상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터(M1, M3 ; 211, 213)에 흐르는 전류(I1)를 복사하고, 상기 복사된 전류(nI1)를 일정 크기의 전압(Vref)으로 변환하여 상기 변환된 전압을 기준전압(Vref)으로 출력한다.
여기서, 상기 전류/전압 컨버터(216)는, 전류미러(MR ; 216a)와 제 2 저항(R2 ; 216b)으로 구성되며, 상기 전류미러(MR ; 216a)는 피모스 트랜지스터로 구성되어 있다.
상기 전류미러(MR ; 216a)는, 상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터(M1, M3 ; 211, 213)에 흐르는 전류(I1)를 복사하며, 상기 제 2 저항(R2 ; 216b)은, 상기 전류미러(MR ; 216a)에 의해 복사된 전류(nI1)를 일정 크기의 전압(Vref)으로 변환한다.
한편, 상기 출력버퍼(220)는, 상기 레퍼런스 회로(210)에 연결되어 상기 레퍼런스 회로(210) 내의 전류/전압 컨버터(216)에서 출력되는 기준전압(Vref)을 버퍼링하여 얻은 일정 크기의 전압(Vout)을 출력한다.
이때, 상기 출력버퍼(220)는, 상기 전류/전압 컨버터(216)에 의해 출력되는 기준전압(Vref)이 부입력으로 궤환되며, 상기 출력버퍼(220)를 통해 출력되는 전압(Vout)은 다음의 수학식 2를 통해 구할 수 있다.
Figure 112005074012485-PAT00002
상기와 같이 구성된 모스형의 정전압원 회로는, 레퍼런스 회로에서 바로 기준전압을 출력단에 인가하는 종래와는 달리, 먼저, 레퍼런스 회로(210)의 안정적인 전류를 전압의 형태로 변환한 후, 상기 변환된 전압을 기준전압(Vref)으로 출력하는 방식을 사용한다.
따라서, 본 발명에 의한 정전압원 회로는, 모스 공정조건의 변화로 인해 모스 트랜지스터의 문턱전압이 변화(±15% 정도까지 변화 가능)된다 할지라도 상기 전류미러(MR ; 216a)와 비교적 큰 저항값을 가지고 있는 제 2 저항(R2 ; 216b)으로 인해 상기 전류/전압 컨버터(216)에 흐르는 전류(nI1)는 크게 변화되지 않는 특성을 가지게 되며, 이에 따라, 상기 전류/전압 컨버터(216)에 흐르는 전류(nI1)를 이용하여 출력되는 출력전압(Vout)은 보다 안정적인 특성을 가지게 된다.
또한, 본 발명에 의한 정전압원 회로는, 상기 제 2 저항(R2 ; 216b)의 저항값만 변화시키면 간단하게 출력전압(Vout)을 변화시킬 수 있는 효과도 가지게 된다.
도 3은 도 2의 회로도를 이용하여 1.8V의 출력전압을 얻기 위해 설계된 정전압원 회로의 회로도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 회로도를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.
이때, 도 3의 정전압원 회로는, 도 2의 레퍼런스 회로(210)에 두 엔모스 트랜지스터(M5, M6)를 추가하여 구현하였고, 도 4a는 도 3의 회로에 2.2V 내지 3.6V까지 변화되는 전압이 인가되었을 경우, 문턱전압이 ±15% 정도까지 변화되는 공정조건에서의 출력전압(Vout ; 401)을 나타내고 있으며, 도 4b는 도 4a의 출력전압(Vout ; 401)을 확대한 그래프를 나타내고 있다.
도 4a 및 도 4b에서 도시한 바와 같이, 공정조건이 변화되어 문턱전압이 변화된다 할지라도 출력전압(Vout)은, 거의 1.8V(오차범위 : ±4% 이내)로 일정하게 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 모스형의 정전압원 회로는, 전류/전압 컨버터가 포함된 레퍼런스 회로를 이용함으로써, 모스 공정조건의 변화에 따른 문턱전압의 변화에도 안정적인 출력전압을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 전류/전압 컨버터에 포함되는 저항값만 변화시키면 간단하게 출력전압을 변화시킬 수 있으므로, 그 응용 범위를 확대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 일정 크기의 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 컨버터 및 복수개의 모스 트랜지스터를 포함하며, 상기 전류/전압 컨버터에 의해 변환된 전압을 기준전압으로 출력하는 레퍼런스 회로; 및
    상기 레퍼런스 회로에 연결되어 상기 레퍼런스 회로에서 출력되는 상기 기준전압을 버퍼링하여 얻은 일정 크기의 전압을 출력하는 출력버퍼;를 포함하는 모스형의 정전압원 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레퍼런스 회로는,
    소스단이 전원전압단에 연결되고, 게이트단과 드레인단이 서로 연결되는 제 1 모스 트랜지스터;
    소스단이 상기 전원전압단에 연결되고, 게이트단이 상기 제 1 모스 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제 2 모스 트랜지스터;
    드레인단이 상기 제 1 모스 트랜지스터의 드레인단과 연결되는 제 3 모스 트랜지스터;
    소스단이 접지단에 연결되고, 게이트단이 상기 제 3 모스 트랜지스터의 게이트단 및 드레인단과 연결되며, 드레인단이 상기 제 2 모스 트랜지스터의 드레인단과 연결되는 제 4 모스 트랜지스터;
    상기 제 3 모스 트랜지스터의 소스단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제 1 저항; 및
    상기 전원전압단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제 1 모스 트랜지스터에 연결되어 상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하고, 상기 복사된 전류를 일정 크기의 전압으로 변환하여 상기 변환된 전압을 기준전압으로 출력하는 전류/전압 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모스형의 정전압원 회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전류/전압 컨버터는,
    상기 제 1 및 제 3 모스 트랜지스터에 흐르는 전류를 복사하는 전류미러; 및
    상기 전류미러에 의해 복사된 전류를 일정 크기의 전압으로 변환하는 제 2 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모스형의 정전압원 회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 모스 트랜지스터는 피모스 트랜지스터이고, 상기 제 3 및 제 4 모스 트랜지스터는 엔모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 모스형의 정전압원 회로.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 전류미러는, 피모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 모스형의 정전압원 회로.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 출력버퍼는, 상기 전류/전압 컨버터에 의해 출력되는 기준전압이 부입력으로 궤환되는 것을 특징으로 하는 모스형의 정전압원 회로.
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