KR20110106816A - 기준 전압 회로 - Google Patents

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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 회로 규모가 작고, 전압에 연속성이 있는 소프트 스타트 기능을 가진 기준 전압 회로를 제공한다.
(해결 수단) 공핍형 MOS 트랜지스터와 제1 증가형 MOS 트랜지스터로 구성되는 기준 전압부와, 게이트가 제1 증가형 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인과 접속되고, 드레인이 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 제2 증가형 MOS 트랜지스터와, 한쪽의 단자가 기준 전압부의 출력 단자에 접속되고, 다른쪽의 단자가 제2 증가형 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 MOS 스위치와, 전원과 접지간에 직렬로 접속된 정전류원 및 용량으로 구성되는 소프트 스타트 회로를 구비한 기준 전압 회로.

Description

기준 전압 회로{REFERENCE VOLTAGE CIRCUIT}
본 발명은, 기준 전압 회로에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 기준 전압이 소정의 시간을 거쳐 서서히 상승하는 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로는, 정전류원으로부터 콘덴서에 충전을 행하는 충전 기간을 소프트 스타트 시간으로 설정하고 있다. 충전된 전압이 소정의 전압을 넘으면, 스위치가 전환되고 소프트 스타트 전압으로부터 소정의 기준 전압으로 변환을 행한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
종래의 기준 전압 회로에 대해서 설명한다. 도 2는, 종래의 기준 전압 회로의 회로도이다. 기준 전압 회로는, 정전압원(101)과 소프트 스타트 회로로 되어 있다. 소프트 스타트 회로는, 콤퍼레이터(103)와 지연 회로(104)와 정전류원(102)과 용량(C)과 저항(R)과 스위치(SW1 내지 3)를 구비하고 있다.
정전류원(102)과 용량(C)의 접점은, 기준 전압 회로의 출력 단자(Vref)에 접속된다. 콤퍼레이터(103)는, 비반전 입력 단자에 출력 단자(Vref)가 접속되고, 반전 입력 단자에 정전압원(101)의 출력 단자가 오프셋 전압(Vos)을 통해 접속되어 있다. 콤퍼레이터(103)의 출력 단자는, 스위치(SW2)와 정전류원(102)과 지연 회로(104)에 접속되어 있다. 지연 회로(104)의 출력 단자는 스위치(SW3)에 접속되어 있다.
용량(C)은, 정전류원(102)으로부터 정전류(Ic)의 전류를 받아 충전된다. 콤퍼레이터(103)는, 정전압원(101)의 출력 전압(Vbgr)으로부터 소정의 오프셋 전압(Vos)을 유도한 전압과, 정전류원(102)과 용량(C)의 접점의 전압을 비교하여, 그 비교 결과에 따른 출력 전압을 출력한다. 정전압원(101)의 출력 전압(Vbgr)으로부터 원하는 오프셋 전압(VoS)을 유도한 전압보다도, 정전류원(102)과 용량(C)의 접점의 전압이 높아지면, 스위치(SW2)는 온되고, 정전류원(102)의 전류 공급은 정지하고, 지연 회로(104)가 동작을 시작한다. 스위치(SW2)가 온되면, 정전압원(101)으로부터 저항(R)을 통해 용량(C)에 RC의 시정수에 맞추어 충전된다. 지연 회로(104)의 출력은 스위치(SW3)에 접속되어 있어, 지연 회로(104)가 동작을 개시하고 나서 소정의 시간이 경과한 후에 스위치(SW3)를 온한다. 스위치(SW3)가 온되면, 정전압원(101)의 출력 전압(Vbgr)이 직접, 기준 전압(Vref)에 접속된다.
종래의 기준 전압 회로의 동작에 대해서 설명한다.
스위치(SW1)가 온되어 있는 상태에서는, 기준 전압 회로는 동작을 정지하고 있어, 출력 단자(Vref)의 기준 전압은 0V로 되어 있다.
스위치(SW1)가 오프되면, 기준 전압 회로는 동작을 개시한다. 정전류원(102)으로부터 정전류(Ic)의 전류를 받아, 용량(C)에 정전류 충전이 개시된다. 이 때, 기준 전압(Vref)은, 정전류(Ic)와 용량(C)의 용량값에 따라서, 직선적으로 상승한다. 용량(C)에 충전된 전압이 Vbgr-Vos를 넘으면, 콤퍼레이터(103)의 출력 신호가 반전되므로, 스위치(SW2)가 온되고, 정전류원(102)의 전류 공급은 정지되고, 지연 회로(104)가 동작을 시작한다. 정전류원(102)의 전류 공급이 정지함으로써, 정전압원(101)의 출력 전압(Vbgr)으로부터, 저항(R)을 통해 용량(C)에 충전이 행해진다.
지연 회로(104)가 동작을 시작하고 나서 소정의 시간이 경과한 후에, 스위치(SW3)가 온됨으로써, 정전압원(101)의 출력 전압(Vbgr)이 직접, 기준 전압(Vref)이 된다.
일본국특허공개 2000-56843호 공보
종래의 기준 전압 회로에서는, 스위치로 전환함으로써 소프트 스타트 기간과, 소정의 Vref 전압을 설정하고 있다. 이 경우, 스위치의 전환 신호에, 내부의 기준 전압과 소프트 스타트 전압을 비교하기 위한 콤퍼레이터나, 지연 회로가 필요해지기 때문에, 회로 규모가 커져 버린다.
또한, 스위치에서 소프트 스타트 기간과 기준 전압 출력 기간을 전환하므로, 직선적으로 상승하고 있는 기준 전압이 불연속이 된다는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 기준 전압에 불연속이 발생하지 않는 소프트 스타트 기능을 가진 기준 전압 회로를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 기준 전압 회로는, 이하와 같은 구성으로 했다.
공핍형 MOS 트랜지스터와 제1 증가형 MOS 트랜지스터로 구성되는 기준 전압부와, 소프트 스타트 회로를 구비한 기준 전압 회로로서, 소프트 스타트 회로는, 게이트가 상기 제1 증가형 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인과 접속되고, 드레인이 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 제2 증가형 MOS 트랜지스터와, 한쪽의 단자가 기준 전압부의 출력 단자에 접속되고, 다른쪽의 단자가 제2 증가형 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 MOS 스위치와, 전원과 접지간에 직렬로 접속된 정전류원 및 용량을 구비하고, 정전류원의 전류로 용량을 충전할 때의 전압으로 MOS 스위치를 서서히 온함으로써 기준 전압이 서서히 상승하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
상술한 바와 같이 본 발명의 기준 전압 회로에 의하면, 스위치(SW)의 전환 신호를 생성하기 위한 콤퍼레이터나 지연 회로가 불필요해지므로, 회로 규모를 삭감하는 것이 가능해진다. 칩 사이즈를 작게 함으로써, 제조 코스트를 억제하여 염가의 제품을 만들 수 있는 효과가 있다.
또한, 소프트 스타트 동작으로부터 안정 동작까지의 사이에서, 기준 전압의 출력에 연속성을 얻을 수 있다.
또한, 기준 전압 회로의 출력 단자가 MOS 트랜지스터의 게이트에만 접속되어 있는 바와 같은 경우라도, 소프트 스타트 동작의 기준 전압의 초기값은 0V가 되므로, 안정된 소프트 스타트 동작을 행할 수 있다.
도 1은 제1 실시예의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 회로도이다.
도 2는 종래의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 회로도이다.
도 3은 제1 실시예의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 동작 설명도이다.
도 4는 제1 실시예의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 제2 실시예의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 회로도이다.
이하, 제1 실시예의 기준 전압 회로를, 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 본 발명의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 회로도이다.
기준 전압 회로는, 기준 전압 발생부와 소프트 스타트 회로로 구성된다. 기준 전압 발생부는, 공핍형 MOS 트랜지스터(20)와 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)를 구비하고 있다. 소프트 스타트 회로는, 정전류원(10)과 용량(11)과 MOS 스위치(12)와 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)를 구비하고 있다.
공핍형 MOS 트랜지스터(20)는, 드레인이 전원에 접속되고, 게이트와 소스가 접속되어 있다. 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)는, 게이트와 드레인이 접속되고, 소스는 접지되어 있다. 공핍형 MOS 트랜지스터(20)의 게이트와 소스는, 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)의 게이트와 드레인에 접속되고, 이 접속점은 기준 전압 발생부의 출력 단자로 되어 있다.
제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)는, 게이트가 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)의 게이트와 드레인에 접속되고, 소스는 접지되고, 드레인은 기준 전압(Vref)의 출력 단자에 접속된다. MOS 스위치(12)는, 기준 전압 발생부의 출력 단자와 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)의 드레인의 사이에 접속되고, 노드(N1)의 전압으로 온 오프가 제어되는 MOS 스위치이다.
용량(11)은, 편측을 정전류원(10)에 접속하여, 또 한쪽을 접지하고 있다. 정전류원(10)과 용량(11)의 접속점은, MOS 스위치(12)의 제어 신호에 사용된다.
다음에, 기준 전압 회로의 동작에 대해 설명한다.
기준 전압 회로는, 전원 전압이 인가되면, 기준 전압 발생부와 소프트 스타트 회로는 이하와 같이 동작한다.
공핍형 MOS 트랜지스터(20)는, 드레인으로부터 소스에 전류가 흐른다. 공핍형 MOS 트랜지스터(20)에 흐르는 전류는, 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)의 드레인으로부터 접지에 흐른다. 그리고 기준 전압 발생부의 출력 단자에 발생하는 전압(Vref1)은, 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)의 드레인으로부터 접지에 흐르는 전류로 정해진다.
정전류원(10)은, 정전류(Ic)를 흐르게 하여 용량(11)에 충전을 개시한다. 이 때, 노드(N1)의 전압은, 용량(11)이 충분히 충전되어 있지 않기 때문에 접지 전압과 동일하다. 따라서, MOS 스위치(12)는 오프되어 있다. 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)는, 게이트에 전압(Vref1)이 인가되어 있지만, 드레인에 접속되는 MOS 스위치(12)가 오프되어 있기 때문에, 드레인 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 기준 전압 회로의 출력 단자에 출력되는 기준 전압(Vref)은 OV가 된다.
그 후, 용량(11)에 정전류(Ic)에 의한 충전이 계속되고 노드(N1)의 전압이 상승하면, MOS 스위치(12)는 서서히 온된다. 따라서, 공핍형 MOS 트랜지스터(20)의 전류는, 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에도 흐르기 시작한다. 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에 전류가 서서히 흐르기 시작함으로써, 기준 전압(Vref)은 서서히 상승하고, 소프트 스타트 동작이 된다.
그 후, 용량(11)이 정전류(Ic)에 의해 충분히 충전되면, MOS 스위치(12)가 완전히 온되어, 온 저항은 무시할 수 있을 정도로 충분히 작은 값이 된다. 여기서, 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)와 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)를 같은 사이즈로 한 경우, MOS 스위치(12)가 완전히 온되면, 2개의 증가형 MOS 트랜지스터에는 같은 전류가 흐르고, 전압(Vref1)과 기준 전압(Vref)은 거의 동일해진다. 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21) 및 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에, 같은 전류가 흘렀을 때의 전압을 기준 전압(Vref)으로 해둠으로써, 기준 전압은 소프트 스타트 기간으로부터 연속성을 유지한 채로 기준 전압(Vref)에 달할 수 있다.
다음에, 도 3에 나타내는 동작 설명도를 참조하면서, 동작의 설명을 행한다.
시간 TO의 타이밍에 전원 전압이 인가된다. 공핍형 MOS 트랜지스터(20)와 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)의 접속점에 전압(Vref1)이 발생한다. 시간 T1까지는, 노드(N1)의 전압이 상승되어 있지 않아, MOS 스위치(12)가 오프되어 있기 때문에, 기준 전압 회로의 출력 단자에는 전압(Vref1)은 출력되지 않는다. 그리고 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)는 온되므로, 기준 전압(Vref)은 0V가 된다.
시간 T1의 타이밍으로부터 MOS 스위치(12)가 서서히 온되어, 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에 전류가 흐르기 시작하고, 기준 전압(Vref)이 서서히 상승한다. 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)에 흐르는 전류는 감소하므로, 전압(Vref1)은 저하한다. 시간 T2의 타이밍에서, 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)에 흐르는 전류와 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에 흐르는 전류는 같아진다. 그러나 MOS 스위치(12)의 온 저항의 영향으로 전압(Vref1)은 기준 전압(Vref)보다 큰 전류값이 된다. 그리고 시간 T3의 타이밍에 MOS 스위치(12)의 온저항은 무시할 수 있는 정도로 충분히 작은 값이 되므로, 전압(Vref1)과 기준 전압(Vref)은 거의 동일해진다.
이상으로부터, 노드(N1)의 전압이 서서히 상승하여 MOS 스위치(12)의 온 저항이 저하하고, 전압(Vref1)은 서서히 저하해 가고, 그 반대로 기준 전압(Vref)이 서서히 상승해 나감으로써, 전압에 연속성이 있는 소프트 스타트 동작이 된다.
또한, 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)의 기능에 의해, 기준 전압(Vref)의 초기값은 0V가 되고, 안정된 소프트 스타트 동작을 행할 수 있다.
또한, 용량(11)과 정전류원(10)의 설정을 바꿈으로써, 임의로 소프트 스타트 기간을 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 기준 전압 회로의 실시 형태를, 도 1의 회로를 참조하여 설명했지만, 도 4의 회로와 같이 ONOFF 제어 신호에 의해서도, 소프트 스타트 동작이 행해지도록 해도 된다. 도 4의 회로에 있어서, 스위치 SW13, 스위치 SW14, 스위치 SW15는, ONOFF 제어 신호에 의해 제어된다. 즉, ONOFF 제어 신호가 온으로부터 오프로 되었을 때에, 도 1의 회로와 같이 소프트 스타트 동작이 행해진다.
(실시예 2)
도 5는, 본 발명의 소프트 스타트 기능을 가지는 기준 전압 회로의 제2 실시 형태의 회로도이다. 도 1과의 차이는 공핍형 MOS 트랜지스터(20)와 제1 증가형 MOS 트랜지스터(21)를, 공핍형 MOS 트랜지스터(501)와 증가형 PMOS 트랜지스터(502, 503)와 증가형 MOS 트랜지스터(504)로 변경한 점이다.
공핍형 MOS 트랜지스터(501)는, 게이트 및 소스는 접지되고, 드레인은 증가형 PMOS 트랜지스터(502)의 드레인 및 게이트에 접속된다. 증가형 PMOS 트랜지스터(502)는, 소스가 전원 단자에 접속된다. 증가형 PMOS 트랜지스터(503)는, 게이트가 증가형 PMOS 트랜지스터(502)의 게이트에 접속되고, 드레인이 증가형 MOS 트랜지스터(504)의 드레인 및 게이트에 접속되고, 소스가 전원 단자에 접속된다. 증가형 MOS 트랜지스터(504)는, 게이트 및 드레인이 MOS 스위치(12) 및 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)의 게이트에 접속되고, 소스가 접지된다.
다음에, 제2 실시 형태의 기준 전압 회로의 동작에 대해 설명한다. 전원 전압이 인가되면, 공핍형 MOS 트랜지스터(501)에 전류가 흐르고, 증가형 PMOS 트랜지스터(502, 503)의 커런트 미러를 통해 증가형 MOS 트랜지스터(504)에 전류가 흐른다. 그리고 증가형 MOS 트랜지스터(504)에 전류를 흐르게 하기 때문에 게이트 소스간에 전압(Vref1)이 발생하고, MOS 스위치(12) 및 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)의 게이트에 입력된다.
정전류원(10)은, 정전류(Ic)를 흐르게 하여 용량(11)에 충전을 개시한다. 이 때, 노드(N1)의 전압은, 용량(11)이 충분히 충전되어 있지 않기 때문에 접지 전압과 동일하다. 따라서, MOS 스위치(12)는 오프되어 있다. 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)는, 게이트에 전압(Vref1)이 인가되어 있지만, 드레인에 접속되는 MOS 스위치(12)가 오프되어 있기 때문에, 드레인 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 기준 전압 회로의 출력 단자에 출력되는 기준 전압(Vref)은 0V가 된다.
그 후, 용량(11)에 정전류(Ic)에 의한 충전이 계속되고 노드(N1)의 전압이 상승하면, MOS 스위치(12)는 서서히 온된다. 따라서, 증가형 PMOS 트랜지스터(503)의 전류는, 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에도 흐르기 시작한다. 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에 전류가 서서히 흐르기 시작함으로써, 기준 전압(Vref)은 서서히 상승하고, 소프트 스타트 동작이 된다.
그 후, 용량(11)이 정전류(Ic)에 의해 충분히 충전되면, MOS 스위치(12)가 완전히 온되어, 온 저항은 무시할 수 있을 정도로 충분히 작은 값이 된다. 여기서, 증가형 MOS 트랜지스터(504)와 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)를 같은 사이즈로 한 경우, MOS 스위치(12)가 완전히 온되면, 2개의 증가형 MOS 트랜지스터에는 같은 전류가 흐르고, 전압(Vref1)과 기준 전압(Vref)은 거의 동일해진다. 증가형 MOS 트랜지스터(504) 및 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)에, 같은 전류가 흘렀을 때의 전압을 기준 전압(Vref)으로 해둠으로써, 기준 전압은 소프트 스타트 기간으로부터 연속성을 유지한 채로 기준 전압(Vref)에 달할 수 있다.
이상으로부터, 노드(N1)의 전압이 서서히 상승하여 MOS 스위치(12)의 온 저항이 저하되고, 전압(Vref1)은 서서히 저하해 가고, 그 반대로 기준 전압(Vref)이 서서히 상승해 감으로써, 전압에 연속성이 있는 소프트 스타트 동작이 된다.
또한, 제2 증가형 MOS 트랜지스터(22)의 기능에 의해, 기준 전압(Vref)의 초기값은 0V가 되고, 안정된 소프트 스타트 동작을 행할 수 있다.
또한, 용량(11)과 정전류원(10)의 설정을 바꿈으로써, 임의로 소프트 스타트 기간을 설정하는 것이 가능해진다.
10: 정전류원 11: 용량
12: MOS 스위치 20, 501: 공핍형 MOS 트랜지스터
21, 22, 504: 증가형 MOS 트랜지스터
101: 정전압원 102: 정전류원
103: 콤퍼레이터 104: 지연 회로
502, 503: 증가형 PMOS 트랜지스터

Claims (4)

  1. 공핍형 MOS 트랜지스터와 제1 증가형 MOS 트랜지스터로 구성되는 기준 전압부와, 소프트 스타트 회로를 구비한 기준 전압 회로로서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    게이트가 상기 제1 증가형 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인과 접속되고, 드레인이 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 제2 증가형 MOS 트랜지스터와,
    한쪽의 단자가 상기 기준 전압부의 출력 단자에 접속되고, 다른쪽의 단자가 상기 제2 증가형 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 MOS 스위치와,
    전원과 접지간에 직렬로 접속된 정전류원 및 용량을 구비하고,
    상기 정전류원의 전류로 상기 용량을 충전할 때의 전압으로 상기 MOS 스위치를 서서히 온함으로써 기준 전압이 서서히 상승하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
  2. 게이트 및 소스가 접지된 공핍형 MOS 트랜지스터와, 소스가 전원 단자에 접속되고, 게이트 및 드레인이 상기 공핍형 MOS 트랜지스터의 드레인과 접속된 제1 증가형 PMOS 트랜지스터와, 게이트가 상기 제1 증가형 PMOS 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 소스가 전원 단자에 접속된 제2 증가형 PMOS 트랜지스터와, 게이트 및 드레인이 상기 제2 증가형 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 제1 증가형 NMOS 트랜지스터로 구성되는 기준 전압부와, 소프트 스타트 회로를 구비한 기준 전압 회로로서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    게이트가 상기 제1 증가형 NMOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인과 접속되고, 드레인이 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 제2 증가형 NMOS 트랜지스터와,
    한쪽의 단자가 상기 기준 전압부의 출력 단자에 접속되고, 다른쪽의 단자가 상기 제2 증가형 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 MOS 스위치와,
    전원과 접지간에 직렬로 접속된 정전류원 및 용량을 구비하고,
    상기 정전류원의 전류로 상기 용량을 충전할 때의 전압으로 상기 MOS 스위치를 서서히 온함으로써 기준 전압이 서서히 상승하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 정전류원과 상기 용량의 접속부에 접속된 제1 기동 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 제2 기동 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 기준 전압 회로.
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