WO2019207878A1 - 起動回路 - Google Patents

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WO2019207878A1
WO2019207878A1 PCT/JP2019/003051 JP2019003051W WO2019207878A1 WO 2019207878 A1 WO2019207878 A1 WO 2019207878A1 JP 2019003051 W JP2019003051 W JP 2019003051W WO 2019207878 A1 WO2019207878 A1 WO 2019207878A1
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circuit
current
transistor
signal
drain terminal
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PCT/JP2019/003051
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Inventor
渡辺 裕之
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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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
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/347DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only in integrated circuits

Definitions

  • This disclosure relates to a startup circuit.
  • a startup circuit can be cited as one of the component circuits that make up various electronic devices.
  • start-up circuits There are various types of start-up circuits depending on the required specifications.
  • an N-type MOS which is called a so-called Native-NMOS, is adjusted so that the threshold voltage is close to 0V.
  • a type using a transistor has also been proposed.
  • the type of start-up circuit using Native-NMOS is attracting attention because it can achieve both area saving and low current consumption compared to other types of start-up circuits.
  • Non-Patent Document 1 discloses an example of a startup circuit using a Native-NMOS.
  • the activation circuit needs to stop an activation signal (for example, a current or voltage signal) generated by the activation circuit.
  • an activation signal for example, a current or voltage signal
  • the design of the startup circuit may require a margin for resistance and current consumption in consideration of variations in elements such as transistors (for example, Native-NMOS). Consideration of the margin may lead to an increase in the size of the startup circuit and an increase in current consumption of the startup circuit, for example.
  • the present disclosure proposes a startup circuit that can achieve both area saving and low current consumption in a more suitable manner.
  • an N-type MOS transistor having a gate terminal connected to the ground and having a threshold voltage near 0 V, and a resistor interposed between the source terminal of the MOS transistor and the ground,
  • the potential of the drain terminal of the MOS transistor is controlled according to the first signal output from the device, and the second signal for starting the device is transmitted according to the potential of the drain terminal.
  • a controlled start-up circuit is provided.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for describing a first configuration example of a startup circuit according to the embodiment. It is a timing chart for demonstrating operation
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for describing a second configuration example of the activation circuit according to the embodiment.
  • the native-NMOS has a characteristic that a certain amount of channel leakage current flows even when the gate terminal is connected to the ground (GND) because the threshold voltage is in the vicinity of 0V.
  • the Native-NMOS has a characteristic that the source and the drain are held in a conductive state in a state where no voltage is applied to the gate terminal.
  • the start-up circuit using the Native-NMOS uses both the above-mentioned characteristics of the Native-NMOS and can achieve both area saving and low current consumption compared to other types of start-up circuits. Has been.
  • the activation circuit transmits a signal generated by the activation circuit to activate the device. Stop.
  • a signal generated by the activation circuit for activating the device to be driven include a current and a voltage signal.
  • a signal for starting the device to be driven is also referred to as “start signal” for convenience. That is, in the following description, when “start signal” is described, it is assumed that both current and voltage signals can be included unless there is a specific description and there is no restriction on the circuit configuration.
  • the activation signal corresponds to an example of a “second signal”.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of a schematic configuration of the startup circuit according to the comparative example, and shows an example of the configuration of the startup circuit 190 that drives the current source circuit 200.
  • the startup circuit 190 includes a transistor NM 11 configured as a Native-NMOS, a resistor R STUP, and a startup current generation circuit 191.
  • Transistor NM 11 a gate terminal is electrically connected to ground (GND), and is electrically connected to ground (GND) source terminal through a resistor R STUP. Further, the drain terminal side of the transistor NM 11 is activated current generating circuit 191 is connected. Also, part of the signal line of the current source circuit 200 the bias current I BIAS generated by the current source circuit 200 to be driven flows is electrically connected to the source terminal of the transistor NM 11. 1, reference numeral I STUP0 shows drain current of the transistor NM 11 schematically.
  • Reference sign V gs indicates the gate-source voltage of the transistor NM11. Based on such a configuration, the current source circuit 200 is activated by the activation current (that is, the activation signal) generated in the activation current generation circuit 191 conducting the current source circuit 200.
  • the activation current that is, the activation signal
  • the source of the transistor NM 11 - and conductive state between the drain becomes conductive, the source - drain non Control is performed according to any one of the non-conduction state in which conduction is established.
  • transistor NM 11 is turned, the drain current I STUP0 conducts the startup current generating circuit 191, the starting current is generated in the startup current generating circuit 191.
  • the current source circuit 200 is activated by the activation current generated by the activation current generation circuit 191 being conducted through the current source circuit 200.
  • the flow of the drain current I STUP0 in the startup current generation circuit 191 is limited, and as a result, the generation of the startup current in the startup current generation circuit 191 is limited (and thus stopped). That is, the starting circuit 190 is turned off.
  • the current (signal) output from the current source circuit 200 like the bias current I BIAS corresponds to an example of a “first signal”.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an example of the circuit configuration of the activation circuit according to the comparative example.
  • the current source circuit 200 shown in FIG. 1 is configured as a so-called self-bias type current source circuit
  • An example of the circuit configuration of the activation circuit 190 is shown.
  • the current source circuit 200 shown in FIG. 2 is configured as a self-bias type power supply circuit.
  • the current source circuit 200 includes transistors M 101 and M 103 configured as N-type MOS transistors, and transistors M 105 , M 107 , and M 109 configured as P-type MOS transistors. .
  • Transistors M 101 and M 103 constitute a current mirror circuit. Specifically, the gate terminals of the transistors M 101 and M 103 are electrically connected to each other. The transistor M103 is electrically connected between the gate and the drain. The source terminal of the transistor M 101 is electrically connected through a resistor R 0 to the ground (GND). The source terminal of the transistor M 103 is electrically connected to the ground (GND).
  • the transistors M 105 , M 107 , and M 109 constitute a current mirror circuit. Specifically, the gate terminals of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 are electrically connected to each other. Transistor M 105, the gate - drain are electrically connected. The source terminals of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 are electrically connected to the power supply voltage VDD.
  • the signal line branched from the drain terminal side of the transistor M 105 is electrically connected to the drain terminal side of the transistor NM 11 .
  • the drain terminal side of the transistor M 109 is electrically connected to the source terminal side of the transistor NM 11 .
  • the starter current I STUP flows so as to be drawn from the current source circuit 200 toward the starter circuit 190. Specifically, the starting current I STUP flows from the drain terminal side of the transistor M 105 toward the drain terminal side of the transistor NM 11 . As a result, the current source circuit 200 is activated.
  • the current source circuit 200 when the current source circuit 200 is activated, (in other words, the signal output) current outputted from the current source circuit 200 some of it is supplied to the source terminal of the transistor NM 11 as the bias current I BIAS, transistor The potential on the source terminal side of NM 11 rises. That is, with the supply of the bias current I BIAS , the gate-source voltage V gs of the transistor NM 11 decreases. A gate in the transistor NM 11 - source voltage V gs is below the threshold voltage V th, since the transistor NM 11 is shifted to a non-conducting state, is blocked the flow of the starting current I STUP. That is, the starting circuit 190 is turned off.
  • FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the activation circuit 190 according to the comparative example.
  • the horizontal axis in FIG. 3 indicates time.
  • VDD indicates the voltage value of the power supply voltage VDD shown in FIG.
  • VGP indicates the potential of the node N VGP in FIG. 2, that is, the potentials of the gate terminals of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current mirror circuit.
  • VGN indicates the potential of the node N VGN in FIG.
  • I STUP indicates the current value of the starting current I STUP shown in FIG.
  • I BIAS indicates the current value of the bias current I BIAS shown in FIG. VS is the potential of the node N VS in FIG. 2, that is, the potential of the source terminal of the transistor NM 11.
  • the power supply voltage VDD is input at the timing t11, and the voltage value of the power supply voltage VDD increases during the period from the timing t11 to the timing t13.
  • the potential VS of the source terminal of the transistor NM 11 shows the vicinity of 0V.
  • the startup circuit 190 When the power supply voltage VDD is turned on, the startup circuit 190 is turned on, and the startup current I STUP flows so as to be drawn from the current source circuit 200 toward the startup circuit 190. At this time, with the increase of the voltage value of the power supply voltage VDD, and increases the current value of the starting current I STUP, with the increase of the current value of the starting current I STUP, potential VGP of the node N VGP rises. At timing t13, the transistors M 105 , M 107 , and M 109 are turned on, and the increase in the power supply voltage VDD is stopped.
  • the transistor M 107 transitions to the conductive state, the transistor drain terminal side and electrically connected to the node N VGN potential VGN of M 107 is increased, in conjunction with the rise of the potential VGN The potential VGP decreases. Further, with the increase in the potential VGN node N VGN, transistors M 101 and M 103 transitions to a conducting state at the timing t15, and the descent of the rise and potential VGP potential VGN stopped. Thus, the activation of the current source circuit 200 is completed, and a signal (drain current) is generated between the source and drain of each of the transistors M 101 , M 103 , M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current source circuit 200. Will be transmitted.
  • a signal transmitted between the source and drain of the transistor M 109 is supplied to the source terminal of the transistor NM 11 (ie, the node N VS ) as the bias current I BIAS.
  • the bias current I BIAS is supplied, the potential VS of the source terminal (node N VS ) of the transistor NM 11 increases. Further, with the increase of the potential VS, the gate of the transistor NM 11 - to-source voltage V gs is lowered, to decrease in conjunction the current value of the starting current I STUP.
  • the gate of the transistor NM 11 - source voltage V gs is below the threshold voltage V th of the transistor NM 11, since the transistor NM 11 transitions to a non-conductive state, the flow of the starting current I STUP Is cut off. That is, the starting circuit 190 is turned off.
  • the gate-source voltage V gs of the transistor NM 11 configured as a Native-NMOS is expressed by the following calculation formula (Formula 1).
  • the gate-source voltage V gs is below the threshold voltage V th of the transistor NM 11 (V gs ⁇ V th) need. That is, the following conditions must be satisfied as (Equation 2).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an outline of GIDL, and shows an example of electrical characteristics of a transistor. 4, the horizontal axis represents the gate voltage V G, the vertical axis represents the drain current I D. In the example shown in FIG. 4, the gate voltage V G is in a region that shows the vicinity 0V, the influence of GIDL is obvious. Thus, since the influence of GIDL becomes apparent, it becomes difficult to completely stop the flow of the startup current even after the startup of the device to be started (for example, the current source circuit 200 shown in FIG. 1). In some cases, the current consumption may increase.
  • the present disclosure proposes a start-up circuit that can further reduce the effects of the above-described element variations and GIDL, and can achieve both area saving and low current consumption in a more suitable manner. To do.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the outline of the operation principle of the activation circuit according to an embodiment of the present disclosure, and illustrates an example of a configuration in which the activation circuit is abstracted as a functional block.
  • the characteristics of the activation circuit 100 according to an embodiment of the present disclosure will be described focusing on the case where the current source circuit 200 is a driving target, as in the example described with reference to FIG. To do. That is, the current source circuit 200 shown in FIG. 5 is substantially the same as the current source circuit 200 shown in FIG.
  • the startup circuit 100 includes a transistor NM 11 , a resistor R STUP , a startup current generation circuit 101, a voltage detection unit 103, and a switch S 11 .
  • Transistor NM 11 the threshold voltage is adjusted N-type MOS transistor so that the vicinity of 0V.
  • the transistor NM 11 in a state where a voltage to the gate terminal is not applied, the source - has a characteristic of drain is held in the conductive state.
  • the transistor NM 11 may be configured as Native-NMOS.
  • Transistor NM 11 a gate terminal is electrically connected to ground (GND), and is electrically connected to ground (GND) source terminal through a resistor R STUP.
  • drain terminal side of the transistor NM 11 is activated current generating circuit 101 is connected. Also, part of the signal line of the current source circuit 200 the bias current I BIAS generated by the current source circuit 200 to be driven flows, is electrically connected to the drain terminal of the transistor NM 11. 5, reference numeral I STUP0 shows drain current of the transistor NM 11 schematically.
  • the switch S 11 schematically shows a configuration for controlling whether or not the starting current generated in the starting current generating circuit 101 flows through the current source circuit 200.
  • the voltage detecting unit 103 shows the configuration for controlling the conductive and non-conductive states of switches S 11 schematically. Specifically, the voltage detector 103, the potential of the drain terminal of the transistor NM 11 (i.e., drain voltage) is detected, controls the conductive and non-conductive states of switches S 11 according to the result of the detection.
  • the voltage detection unit 103 when the drain voltage of the transistor NM 11 is lower than the predetermined threshold value, controls to switch S 11 becomes conductive. As a result, the starting current (that is, the starting signal) generated by the starting current generating circuit 101 flows through the current source circuit 200, and the current source circuit 200 is started.
  • a part of the current output from the current source circuit 200 is, as the bias current I BIAS, which flows into the drain terminal side of the transistor NM 11.
  • the drain voltage of the transistor NM 11 is increased.
  • Voltage detecting unit 103 the drain voltage of the transistor NM 11 becomes higher than a predetermined threshold value, controls to switch S 11 is turned off. Thereby, the flow of the starting current generated in the starting current generating circuit 101 is limited.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for describing a first configuration example of the activation circuit according to an embodiment of the present disclosure, and illustrates an example of a circuit configuration of the activation circuit illustrated in FIG. 5.
  • the circuit configuration of the current source circuit 200 shown in FIG. 6 is substantially the same as the circuit configuration of the current source circuit 200 described with reference to FIG.
  • the startup circuit 110 illustrated in FIG. 6 corresponds to the startup circuit 100 in the example illustrated in FIG.
  • the activation circuit 110 includes a transistor NM 11 , a resistor R STUP, and a diode D 1 .
  • Transistor NM 11 corresponds to the transistor NM 11 shown in FIG. That is, the transistor NM 11 is configured, for example, as Native-NMOS, the gate terminal is electrically connected to the ground (GND), electrically connected to the ground (GND) source terminal through a resistor R STUP Has been.
  • the current value of the drain current of the transistor NM 11 the gate - a value obtained by dividing the source voltage V gs in resistor R STUP.
  • a signal line branched from the drain terminal side of the transistor M 105 is electrically connected to the drain terminal side of the transistor NM 11 via the diode D 1 .
  • the diode D 1 has a cathode side electrically connected to the drain terminal of the transistor NM 11 and an anode side electrically connected to a signal line branched from the drain terminal side of the transistor M 105 .
  • the drain terminal side of the transistor M 109 is electrically connected to the drain terminal side of the transistor NM 11 .
  • the starter current I STUP flows so as to be drawn from the current source circuit 200 toward the starter circuit 100. Specifically, the starting current I STUP flows from the drain terminal side of the transistor M 105 toward the drain terminal side of the transistor NM 11 via the diode D 1 . As a result, the current source circuit 200 is activated.
  • the current source circuit 200 when the current source circuit 200 is activated, (in other words, the signal output) current outputted from the current source circuit 200 some of it is supplied to the drain terminal side of the transistor NM 11 as the bias current I BIAS, transistor the drain terminal side of the NM 11 (i.e., the cathode side of the diode D 1) the potential of the rises.
  • the current value of the bias current I BIAS set by the aspect ratio (W / L ratio) between the transistor M 105 and the transistor M 109 is divided by the resistance R STUP of the gate-source voltage V gs of the transistor NM 11. by setting a sufficiently larger value than the current value of the drain current of the transistor NM 11 is a value, it becomes possible to increase the drain voltage of the transistor NM 11 to the power supply voltage VDD.
  • the cathode potential of the diode D 1 With increasing cathode potential of the diode D 1, the potential difference between the cathode side and the anode side of the diode D 1 becomes smaller, the flow of the starting current I STUP is limited. Then, the cathode potential of the diode D 1 is higher than the potential of the anode side, a reverse bias to the diode D 1 is applied, is cut off the flow of starting current I STUP. That is, the starting circuit 100 is turned off.
  • the current value of the bias current I BIAS supplied from the current source circuit 200 at this time on the drain terminal side of the transistor NM 11 is transistor NM 11 required minimum current for keeping the starter circuit 100 in the OFF state It is limited to be approximately equal to the current value of the drain current.
  • FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the activation circuit 190 according to the first configuration example.
  • the horizontal axis in FIG. 7 indicates time.
  • VDD indicates the voltage value of the power supply voltage VDD shown in FIG.
  • VGP indicates the potential of the node N VGP in FIG. 6, that is, the potentials of the gate terminals of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current mirror circuit.
  • VGN indicates the potential of the node N VGN in FIG.
  • I STUP indicates the current value of the starting current I STUP shown in FIG.
  • I BIAS indicates the current value of the bias current I BIAS shown in FIG.
  • VD is the potential of the node N VD in FIG. 6, that is, the potential of the drain terminal of the transistor NM 11.
  • the power supply voltage VDD is input at the timing t21, and the voltage value of the power supply voltage VDD increases during the period from the timing t21 to the timing t23.
  • the potential VD of the drain terminal of the transistor NM 11 shows the vicinity of 0V.
  • each of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 when the gate-source voltage sufficiently exceeds the threshold voltage, each of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 transitions to a conductive state. For example, in the example illustrated in FIG.
  • the transistors M 105 , M 107 , and M 109 are turned on, and the increase of the power supply voltage VDD is stopped. Further, at timing t23, the transistor M 107 transitions to the conductive state, the transistor drain terminal side and electrically connected to the node N VGN potential VGN of M 107 is increased, in conjunction with the rise of the potential VGN The potential VGP decreases. Further, as the potential VGN of the node N VGN increases, the transistors M 101 and M 103 transition to a conductive state at a timing t25, and the increase of the potential VGN and the decrease of the potential VGP are stopped.
  • the activation of the current source circuit 200 is completed, and a signal (drain current) is generated between the source and drain of each of the transistors M 101 , M 103 , M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current source circuit 200. It will flow.
  • the source of the transistor M 109 - a signal transmitted between the drain is supplied to the drain terminal of the transistor NM 11 as the bias current I BIAS (i.e., node N VD) .
  • the bias current I BIAS i.e., node N VD
  • the potential VD of the drain terminal (node N VD ) of the transistor NM 11 increases.
  • the potential VD as shown in FIG. 6, corresponding to the cathode side potential of the diode D 1.
  • the anode-side potential of the diode D 1 corresponds to the drain terminal side potential of the transistor M 105, i.e., corresponding to the node N VGP potential VGP.
  • the STUP flow is limited.
  • the cathode potential of the diode D 1 (potential VE) becomes higher than the anode potential (potential VGP)
  • VGP potential
  • the potential VE is higher than the potential VGP after the timing t27. Therefore, after the timing t27, the flow of the starting current I STUP is interrupted. That is, the starting circuit 110 is turned off.
  • the startup circuit 110 it is possible to increase the drain voltage of the transistor NM 11 at minimum current consumption, state thereby reverse biasing the diode D 1 is applied As a result, the flow of the starting current I STUP is interrupted. From such characteristics, the starting circuit 110 according to the first configuration example, as compared with the start-up circuit 190 according to the comparative example, element variation in transistor NM 11 (e.g., the threshold variation) can be further reduced influence of It becomes. Therefore, when designing the start-up circuit 110 according to the first configuration example, it is ideally unnecessary to consider a margin of resistance and current consumption. Moreover, since has a configuration in which the flow of the starting current I STUP in response to an increase in the drain voltage of the transistor NM 11 is cut off, the effects of GIDL to the boot target device further reduced (ideally, Can be eliminated).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for describing a second configuration example of the activation circuit according to an embodiment of the present disclosure, and illustrates an example of the circuit configuration of the activation circuit illustrated in FIG. 5.
  • the circuit configuration of the current source circuit 200 shown in FIG. 8 is substantially the same as the circuit configuration of the current source circuit 200 described with reference to FIG. 8 corresponds to the start-up circuit 100 in the example shown in FIG.
  • the activation circuit 130 includes a transistor NM 11 , a resistor R STUP , and transistors M 21 and M 23 .
  • Transistor NM 11 corresponds to the transistor NM 11 shown in FIG. That is, the transistor NM 11 is configured, for example, as Native-NMOS, the gate terminal is electrically connected to the ground (GND), electrically connected to the ground (GND) source terminal through a resistor R STUP Has been.
  • the current value of the drain current of the transistor NM 11 the gate - a value obtained by dividing the source voltage V gs in resistor R STUP.
  • Transistors M 21 and M 23 constitute a current mirror circuit.
  • the startup circuit 130 a current that mirrors the drain current of the transistor NM 11 by the current mirror circuit is supplied to the current source circuit 200 as the starting current I STUP.
  • each of the transistors M 21 and M 23 is configured as a P-type MOS transistor, and the respective gate terminals are electrically connected to each other.
  • Transistor M 21, the gate - drain are electrically connected.
  • Respective source terminals of the transistors M 21 and M 23 are electrically connected to the power supply voltage VDD. Further, the drain terminal of the transistor M 21, and the drain terminal of the transistor NM 11, between are electrically connected.
  • the drain terminal of the transistor M 109 are electrically connected to each transistor M 21 and M 23 constitute a current mirror circuit gate terminal. That is, the drain terminal of the transistor M 109 and the drain terminal of the transistor NM 11 are electrically connected. Further, the drain terminal of the transistor M 23, the drain terminal of the transistor M 103 (i.e., the drain terminal of the transistor M 107) and, between are electrically connected. In other words, so that the drain terminal of the transistor M 21, and the gate terminals transistors M 101 and M 103 constitute a current mirror circuit, between are electrically connected.
  • the activation circuit 130 when the activation circuit 130 the supply voltage VDD is turned is turned on, the drain current flows through the transistor NM 11 in a conductive state, the current of the drain current mirrored by the current mirror circuit, activated The current I STUP is supplied to the current source circuit 200.
  • each gate terminal constitutes a current mirror circuit (i.e., node N VGN), transition the transistor M 101 and M 103 are in a conductive state To do.
  • the gate terminals (that is, the node N VGP ) of the transistors M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current mirror circuit are electrically connected to the ground (GND) via the transistor M 101 and the resistor R 0. Since they are connected, the transistors M 105 , M 107 , and M 109 constituting the current mirror circuit transition to a conductive state.
  • a part of the current output from the current source circuit 200 (in other words, the output signal) is a bias current I BIAS , and the transistors M 21 and M constituting the current mirror circuit 23 is supplied to each gate terminal.
  • I BIAS bias current
  • the transistors M 21 and M constituting the current mirror circuit 23 is supplied to each gate terminal.
  • the potential of each gate terminal transistors M 21 and M 23 is raised, also the potential of the drain terminal of the transistor NM 11 which is electrically connected to the gate terminal (i.e., the potential of the node N VD) To do.
  • the current value of the bias current I BIAS set by the aspect ratio (W / L ratio) between the transistor M 105 and the transistor M 109 is set to the gate-source voltage V gs of the transistor NM 11 by the resistor R STUP . than the current value of the drain current of the transistor NM 11 is divided by a value by setting a sufficiently large value, the drain voltage of the transistor NM 11 (i.e., each of the gate voltage transistor M 21 and M 23) until the power supply voltage VDD It can be raised.
  • each of the transistors M 21 and M 23 when the gate-source voltage is sufficiently lower than the threshold voltage, each of the transistors M 21 and M 23 transitions to a non-conductive state.
  • the transistor M 23 is that the transition to the non-conducting state, the supply of the starting current I STUP to the current source circuit 200 is disconnected from the starter circuit 130.
  • the current value of the bias current I BIAS supplied from the current source circuit 200 at this time on the drain terminal side of the transistor NM 11 is transistor NM 11 required minimum current for keeping the starter circuit 130 in the OFF state It is limited to be approximately equal to the current value of the drain current.
  • the startup circuit 130 according to the second configuration example the drain voltage of the transistor NM 11 at minimum current consumption (i.e., transistors M 21 and M 23 each gate voltage) may raise the , and the thereby the flow of the activation current I STUP by transitioning transistor M 23 to the non-conducting state is cut off.
  • the starting circuit 130 according to the second configuration example as compared with the start-up circuit 190 according to the comparative example, element variation in transistor NM 11 (e.g., the threshold variation) can be further reduced influence of It becomes. For this reason, when designing the start-up circuit 130 according to the second configuration example, it is ideally unnecessary to consider a margin of resistance and current consumption.
  • the activation circuit 130 since has a configuration in which the flow of the starting current I STUP in response to an increase in the drain voltage of the transistor NM 11 is cut off, the effects of GIDL to the boot target device further reduced (ideally, Can be eliminated).
  • the current mirror circuit composed of NMOS is first activated among the components of the self-bias type current source circuit, and then the current mirror composed of PMOS. The circuit starts up.
  • a bias current that is an output of the current source circuit is supplied to the activation circuit 130, and supply of the activation current from the activation circuit 130 to the current source circuit is interrupted. By operating in this order, the current source circuit can be started more reliably.
  • the description has been given mainly focusing on an example in which the apparatus is activated by causing the activation current I STUP generated in the activation circuit 100 to flow through the apparatus to be driven (for example, the current source circuit 200).
  • the activation signal supplied from the activation circuit 100 to the device is not necessarily limited to the current.
  • the device may be activated by transmitting a voltage signal generated by the activation circuit 100 as an activation signal to the device to be driven.
  • some of the current flowing through the driven device in other words, a part of the current output from the device as a bias current, by supplying to the drain terminal of the transistor NM 11, the drain terminal
  • the starting circuit 100 was stopped by controlling the potential (ie, drain voltage).
  • a bias signal supplied from the driven device to the drain terminal of the transistor NM 11 i.e., signal output from the device
  • the current is not limited.
  • a portion of the voltage signal generated by the apparatus to be driven as a bias signal, by supplying to the drain terminal of the transistor NM 11, the drain voltage of the transistor NM 11 may be controlled.
  • the configuration described above as the first configuration example and the second configuration example is merely an example, and if the operation principle described with reference to FIG. 5 can be realized, the activation circuit according to an embodiment of the present disclosure
  • the circuit configuration is not limited.
  • the start circuit according to the embodiment of the present disclosure is within the range not departing from the basic idea of the operation principle described with reference to FIG.
  • the circuit configuration may be changed as appropriate.
  • the start-up circuit includes an N-type MOS transistor having a gate terminal connected to the ground and a threshold voltage near 0 V, and the source terminal of the MOS transistor and the ground. And an intervening resistor. Further, in the activation circuit, the potential of the drain terminal of the MOS transistor is controlled according to the first signal output from the device to be driven, and the device is activated according to the potential of the drain terminal. The transmission of the second signal (start signal) for controlling is controlled. Examples of the MOS transistor include Native-NMOS.
  • the drain voltage of the MOS transistor constituting the start-up circuit is reduced by the minimum necessary current consumption for keeping the start-up circuit in the off state. It becomes possible to raise it reliably. This ideally eliminates the need for considering resistance and current consumption margins according to variations in elements (for example, the MOS transistors) constituting the start-up circuit, thereby reducing area and current consumption. Can be made compatible in a more preferable manner. Further, since it becomes possible to more reliably limit the transmission of the activation signal for activating the device to be driven as the drain voltage increases, the circuit to be activated (that is, the device to be driven) ) Can be further reduced (and hence eliminated).
  • An N-type MOS transistor having a gate terminal connected to the ground and a threshold voltage near 0 V; A resistor interposed between the source terminal of the MOS transistor and the ground; With In accordance with the first signal output from the device to be driven, the potential of the drain terminal of the MOS transistor is controlled, Depending on the potential of the drain terminal, transmission of a second signal for starting the device is controlled. Start-up circuit. (2) In response to the potential of the drain terminal, the second signal flowing through the device is drawn to the drain terminal via a diode, In response to the supply of the first signal to the drain terminal, pulling of the second signal to the drain terminal via the diode is limited. The starting circuit according to (1).
  • the drain terminal is connected to the cathode of the diode;
  • the second signal is drawn from the anode side of the diode to the drain terminal via the diode,
  • the pulling of the second signal to the drain terminal via the diode is limited in accordance with an increase in the potential of the drain terminal in response to the supply of the first signal to the drain terminal.
  • the starting circuit according to 2).
  • a current mirror circuit having an input terminal and an output terminal; The drain terminal is connected to the input terminal; In response to the supply of the first signal to the current mirror circuit, the potential of the drain terminal is controlled, Depending on the potential of the drain terminal, the supply of the second signal to the device is limited.
  • the start-up circuit according to (1) or (2).

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Abstract

省面積化と低消費電流化とをより好適な態様で両立することが可能な起動回路を提案する。 起動回路(100)は、ゲート端子がグランドに接続され、閾値電圧が0V近傍であるN型のMOSトランジスタ(NM11)と、前記MOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗(RSTUP)と、を備え、駆動対象となる装置(200)から出力された第1の信号(IBIAS)に応じて、前記MOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置を起動させるための第2の信号(起動電流)の伝達が制御される。

Description

起動回路
 本開示は、起動回路に関する。
 電力の供給に伴い駆動する所謂電子機器は、近年では多様化してきており、例えば、コイン電池よって長時間駆動される電子機器や、所謂エナジーハーベスティングによって電力供給が行われるような低消費電力の電子機器も提案されている。このような低消費電力の電子機器を構成する要素回路の中には、消費電力がnW級のものも存在する。
 また、各種電子機器を構成する要素回路の一つとして起動回路が挙げられる。起動回路としては、要求される仕様に応じて多様な形式のものが存在し、特に近年では、所謂Native-NMOSと称される、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタを使用した形式のものも提案されている。Native-NMOSを使用した形式の起動回路は、他の形式の起動回路に比べて、省面積化と低消費電流化とを両立可能であり注目されている。例えば、非特許文献1には、Native-NMOSを使用した形式の起動回路の一例が開示されている。
Vadim Ivanov,"Analog Techniques for Nano-power Circuits," ISSCC 2015 Tutorial,Feb.22,2015.
 一般的には、起動回路は、起動させる対象となる装置が起動した後は、起動回路によって生成される起動信号(例えば、電流や電圧信号)を停止させる必要がある。一方で、起動回路の設計には、トランジスタ(例えば、Native-NMOS)等の素子のばらつきを考慮して、抵抗や消費電流にマージンを持たせる必要が生じる場合がある。当該マージンの考慮は、例えば、起動回路のサイズの増大や、起動回路の消費電流の増大につながる場合もある。
 そこで、本開示では、省面積化と低消費電流化とをより好適な態様で両立することが可能な起動回路を提案する。
 本開示によれば、ゲート端子がグランドに接続され、閾値電圧が0V近傍であるN型のMOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、を備え、駆動対象となる装置から出力された第1の信号に応じて、前記MOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置を起動させるための第2の信号の伝達が制御される、起動回路が提供される。
 以上説明したように本開示によれば、省面積化と低消費電流化とをより好適な態様で両立することが可能な起動回路が提供される。
 なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
比較例に係る起動回路の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明するための説明図である。 比較例に係る起動回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 GIDLの概要について説明するための説明図である。 本開示の一実施形態に係る起動回路の動作原理について概要を説明するための説明図である。 同実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明するための説明図である。 第1の構成例に係る起動回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 同実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明するための説明図である。
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 なお、説明は以下の順序で行うものとする。
 1.起動回路の概要
 2.技術的課題
 3.技術的特長
  3.1.動作原理
  3.2.第1の構成例
  3.3.第2の構成例
  3.4.補足
 4.むすび
 <<1.起動回路の概要>>
 まず、起動回路の概要について例を挙げて説明する。前述したように、近年では電子機器の多様化に伴い、低消費電力の電子機器も提案されており、このような低消費電力の電子機器を構成する要素回路の中には、消費電力がnW級のものも存在する。このような要素回路の一つとして起動回路が挙げられる。起動回路としては、要求される仕様に応じて多様な形式のものが存在し、特に近年では、所謂Native-NMOSと称される、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタを使用した形式のものも提案されている。
 Native-NMOSは、上述したように閾値電圧が0V近傍であるため、ゲート端子をグランド(GND)に接続した状態においても、ある程度のチャネルリーク電流が流れるという特性を有する。換言すると、Native-NMOSは、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。Native-NMOSを使用した形式の起動回路は、上記のようなNative-NMOSの特性を利用することで、他の形式の起動回路に比べて、省面積と低消費電流とを両立可能であり注目されている。
 一般的には、起動回路は、起動させる対象となる装置(換言すると、駆動対象となる装置)が起動した後は、当該起動回路によって生成される、当該装置を起動するための信号の伝達を停止させる。起動回路によって生成される、駆動対象となる装置を起動させるための信号としては、例えば、電流や電圧信号が挙げられる。なお、以降の説明では、駆動対象となる装置を起動させるための信号を、便宜上、「起動信号」とも称する。即ち、以降の説明では、「起動信号」と記載した場合には、特に説明がなく、回路構成上の制約も無い限りは、電流及び電圧信号のいずれも含み得るものとする。なお、上記起動信号が、「第2の信号」の一例に相当する。
 ここで、比較例として、Native-NMOSを使用した形式の起動回路の一例について説明する。例えば、図1は、比較例に係る起動回路の概略的な構成の一例について説明するための説明図であり、電流源回路200を駆動対象とした起動回路190の構成の一例について示している。
 図1に示すように、起動回路190は、Native-NMOSとして構成されたトランジスタNM11と、抵抗RSTUPと、起動電流発生回路191とを含む。トランジスタNM11は、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタNM11のドレイン端子側には、起動電流発生回路191が接続されている。また、駆動対象となる電流源回路200により生成されたバイアス電流IBIASが流れる当該電流源回路200の一部の信号線は、トランジスタNM11のソース端子に対して電気的に接続される。図1において、参照符号ISTUP0は、トランジスタNM11のドレイン電流を模式的に示している。また、参照符号Vgsは、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧を示している。このような構成の基で、起動電流発生回路191において発生した起動電流(即ち、起動信号)が電流源回路200を導通することで、当該電流源回路200が起動する。
 具体的には、起動電流発生回路191において発生した起動電流が電流源回路200を導通するか否かは、トランジスタNM11のソース-ドレイン間が導通する導通状態と、当該ソース-ドレイン間が非導通となる非導通状態と、のいずれかに応じて制御される。トランジスタNM11が導通状態となることで、ドレイン電流ISTUP0が起動電流発生回路191を導通し、当該起動電流発生回路191で起動電流が発生する。この起動電流発生回路191で発生した起動電流が電流源回路200を導通することで、当該電流源回路200が起動する。
 また、電流源回路200の起動に伴い、当該電流源回路200を流れる電流(伝達される信号)の一部、換言すると、当該電流源回路200から出力された電流(信号)の一部が、バイアス電流IBIASとして、トランジスタNM11のソース端子側に流入する。これにより、トランジスタNM11のソース電圧が上昇し、当該ソース電圧の上昇に伴い、当該トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsが下降する。そして、当該ゲート-ソース間電圧Vgsが、トランジスタNM11の閾値電圧Vthを下回ると、当該トランジスタNM11が導通状態から非導通状態に遷移する。これにより、起動電流発生回路191におけるドレイン電流ISTUP0の流れが制限され、結果として、当該起動電流発生回路191における起動電流の発生が制限される(ひいては、停止される)。即ち、起動回路190がオフ状態となる。なお、上記バイアス電流IBIASのように、上記電流源回路200から出力された電流(信号)が、「第1の信号」の一例に相当する。
 ここで、比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明する。例えば、図2は、比較例に係る起動回路の回路構成の一例について説明するための説明図であり、図1に示す電流源回路200を所謂セルフバイアス型の電流源回路として構成した場合における、起動回路190の回路構成の一例を示している。
 前述したように、図2に示す電流源回路200は、セルフバイアス型の電源回路として構成されている。具体的には、電流源回路200は、N型のMOSトランジスタとして構成されたトランジスタM101及びM103と、P型のMOSトランジスタとして構成されたトランジスタM105、M107、及びM109とを含む。
 トランジスタM101及びM103は、カレントミラー回路を構成している。具体的には、トランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM103は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM101のソース端子は、抵抗Rを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタM103のソース端子は、グランド(GND)に電気的に接続されている。
 また、トランジスタM105、M107、及びM109は、カレントミラー回路を構成している。具体的には、トランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM105は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM105、M107、及びM109それぞれのソース端子は、電源電圧VDDに電気的に接続されている。
 以上のような構成の基で、トランジスタM101のドレイン端子と、トランジスタM105のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。また、トランジスタM103のドレイン端子と、トランジスタM107のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。
 また、図2に示す例では、トランジスタM105のドレイン端子側から分岐した信号線が、トランジスタNM11のドレイン端子側に電気的に接続されている。また、トランジスタM109のドレイン端子側が、トランジスタNM11のソース端子側に電気的に接続されている。
 このような構成の基で、電源電圧VDDが投入されて起動回路190がオン状態となると、電流源回路200から起動回路190に向けて引き抜かれるように起動電流ISTUPが流れる。具体的には、トランジスタM105のドレイン端子側から、トランジスタNM11のドレイン端子側に向けて起動電流ISTUPが流れる。これにより、電流源回路200が起動する。
 また、電流源回路200が起動すると、電流源回路200から出力された電流(換言すると、出力された信号)のうち一部がバイアス電流IBIASとしてトランジスタNM11のソース端子側に供給され、トランジスタNM11のソース端子側の電位が上昇する。即ち、バイアス電流IBIASの供給に伴い、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsが低下する。そして、トランジスタNM11においてゲート-ソース間電圧Vgsが閾値電圧Vthを下回ると、当該トランジスタNM11が非導通状態に遷移するため、起動電流ISTUPの流れが遮断される。即ち、起動回路190がオフ状態となる。
 ここで、図3を参照して、図2に示す起動回路190の動作、即ち、電流源回路200の起動に係る動作についてより詳しく説明する。図3は、比較例に係る起動回路190の動作について説明するためのタイミングチャートである。図3の横軸は時間を示している。VDDは、図2に示す電源電圧VDDの電圧値を示している。VGPは、図2におけるノードNVGPの電位、即ち、カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子の電位を示している。VGNは、図2におけるノードNVGNの電位、即ち、カレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子の電位を示している。ISTUPは、図2に示す起動電流ISTUPの電流値を示している。IBIASは、図2に示すバイアス電流IBIASの電流値を示している。VSは、図2におけるノードNVSの電位、即ち、トランジスタNM11のソース端子の電位を示している。
 図3に示す例では、タイミングt11において電源電圧VDDが投入されており、当該タイミングt11からタイミングt13までの期間において電源電圧VDDの電圧値が上昇している。なお、この時点において、トランジスタNM11のソース端子の電位VSは0V近傍を示している。
 電源電圧VDDが投入されると、起動回路190がオン状態となり、電流源回路200から起動回路190に向けて引き抜かれるように起動電流ISTUPが流れる。このとき、電源電圧VDDの電圧値の上昇に伴い、起動電流ISTUPの電流値が上昇し、当該起動電流ISTUPの電流値の上昇に伴い、ノードNVGPの電位VGPが上昇する。そして、タイミングt13において、トランジスタM105、M107、及びM109が導通状態に遷移し、電源電圧VDDの上昇が停止する。また、タイミングt13において、トランジスタM107が導通状態に遷移すると、当該トランジスタM107のドレイン端子側と電気的に接続されたノードNVGNの電位VGNが上昇し、当該電位VGNの上昇に連動して、電位VGPが下降する。また、ノードNVGNの電位VGNの上昇に伴い、タイミングt15においてトランジスタM101及びM103が導通状態に遷移し、電位VGNの上昇と電位VGPの下降とが停止する。以上により、電流源回路200の起動が完了し、当該電流源回路200を構成するトランジスタM101、M103、M105、M107、及びM109それぞれのソース-ドレイン間に信号(ドレイン電流)が伝達されることとなる。
 タイミングt15において電流源回路200の起動が完了すると、トランジスタM109のソース-ドレイン間を伝達される信号が、バイアス電流IBIASとしてトランジスタNM11のソース端子(即ち、ノードNVS)に供給される。この、バイアス電流IBIASの供給に伴い、トランジスタNM11のソース端子(ノードNVS)の電位VSが上昇する。また、電位VSの上昇に伴い、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsが低下するため、起動電流ISTUPの電流値が連動して低下する。そして、タイミングt17において、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsが当該トランジスタNM11の閾値電圧Vthを下回ると、当該トランジスタNM11が非導通状態に遷移するため、起動電流ISTUPの流れが遮断される。即ち、起動回路190がオフ状態となる。
 以上、図1~図3を参照して、起動回路の概要について例を挙げて説明した。
 <<2.技術的課題>>
 続いて、上述した比較例に係る起動回路の技術的課題について説明する。
 図1に示す例において、Native-NMOSとして構成されたトランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsは、以下に(式1)として示す計算式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、上記トランジスタNM11を非導通状態に遷移させるためには、上記ゲートソース間電圧Vgsが当該トランジスタNM11の閾値電圧Vthを下回る(Vgs<Vth)必要がある。即ち、以下に(式2)として示す条件を満たす必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 上記を鑑みると、回路の実装に際し、トランジスタNM11の閾値電圧Vthのばらつきを考慮して、図1に示す抵抗RSTUP及びバイアス電流IBIASのうち少なくともいずれかが十分大きな値となるようにマージンを持たせた設計が必要となる。当該マージンの考慮は、例えば、起動回路のサイズの増大や、起動回路の消費電流の増大につながる場合もある。
 また、近年のMOSトランジスタにおいては、ゲートソース電圧Vgsが負側に印加されると、ゲート誘導ドレインリーク(GIDL:Gate-Induced Drain Leakage)により、ドレイン-バックゲート間の電流が増大する現象が顕在化する場合がある。例えば、図4は、GIDLの概要について説明するための説明図であり、トランジスタの電気的特性の一例について示している。図4において、横軸はゲート電圧Vを示しており、縦軸はドレイン電流Iを示している。図4に示す例では、ゲート電圧Vが0V近傍を示す領域において、GIDLの影響が顕在化している。このように、GIDLの影響が顕在化することで、起動対象となる装置(例えば、図1に示す電流源回路200)の起動後においても、起動電流の流れを完全に停止させることが困難となり、消費電流の増加の一要因となる場合がある。
 以上のような状況を鑑み、本開示では、上述した素子ばらつきやGIDLの影響をより低減し、省面積化と低消費電流化とをより好適な態様で両立することが可能な起動回路を提案する。
 <<3.技術的特長>>
 以下に、本開示の一実施形態に係る起動回路の技術的特徴について説明する。
  <3.1.動作原理>
 まず、本開示の一実施形態に係る起動回路の基本的な動作原理について説明する。例えば、図5は、本開示の一実施形態に係る起動回路の動作原理について概要を説明するための説明図であり、当該起動回路を機能ブロックとして抽象化した構成の一例を示している。なお、以降の説明では、本開示の一実施形態に係る起動回路100の特徴について、図1を参照して説明した例と同様に、電流源回路200を駆動対象とした場合に着目して説明する。即ち、図5に示す電流源回路200については、図1に示す電流源回路200と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。
 図5に示すように、起動回路100は、トランジスタNM11と、抵抗RSTUPと、起動電流発生回路101と、電圧検出部103と、スイッチS11とを含む。トランジスタNM11は、閾値電圧が0V近傍となるように調整されたN型のMOSトランジスタである。換言すると、トランジスタNM11は、ゲート端子に対して電圧が印可されていない状態で、ソース-ドレイン間が導通状態に保持されるという特性を有する。具体的な一例として、トランジスタNM11は、Native-NMOSとして構成され得る。トランジスタNM11は、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。また、トランジスタNM11のドレイン端子側には、起動電流発生回路101が接続されている。また、駆動対象となる電流源回路200により生成されたバイアス電流IBIASが流れる当該電流源回路200の一部の信号線は、トランジスタNM11のドレイン端子に対して電気的に接続される。図5において、参照符号ISTUP0は、トランジスタNM11のドレイン電流を模式的に示している。
 スイッチS11は、起動電流発生回路101において発生した起動電流が電流源回路200を流すか否かを制御する構成を模式的に示している。また、電圧検出部103は、スイッチS11の導通状態及び非導通状態を制御する構成を模式的に示している。具体的には、電圧検出部103は、トランジスタNM11のドレイン端子の電位(即ち、ドレイン電圧)を検出し、当該検出の結果に応じてスイッチS11の導通状態及び非導通状態を制御する。
 より具体的には、電圧検出部103は、トランジスタNM11のドレイン電圧が所定の閾値よりも低い場合には、スイッチS11が導通状態となるように制御する。これにより、起動電流発生回路101で発生した起動電流(即ち、起動信号)が電流源回路200を流れ、当該電流源回路200が起動することとなる。
 また、電流源回路200の起動に伴い、当該電流源回路200から出力された電流(出力された信号)の一部が、バイアス電流IBIASとして、トランジスタNM11のドレイン端子側に流入する。これにより、トランジスタNM11のドレイン電圧が上昇する。電圧検出部103は、トランジスタNM11のドレイン電圧が所定の閾値よりも高くなると、スイッチS11が非導通状態となるように制御する。これにより、起動電流発生回路101で発生した起動電流の流れが制限される。
 以上、図5を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の基本的な動作原理について説明した。
  <3.2.第1の構成例>
 続いて、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明する。例えば、図6は、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明するための説明図であり、図5に示す起動回路の回路構成の一例について示している。なお、図6に示す電流源回路200の回路構成については、図2を参照して説明した電流源回路200の回路構成と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。また、図6に示す起動回路110は、図5に示す例における起動回路100に相当する。
 図6に示すように、起動回路110は、トランジスタNM11と、抵抗RSTUPと、ダイオードDとを含む。トランジスタNM11は、図5に示すトランジスタNM11に相当する。即ち、トランジスタNM11は、例えば、Native-NMOSとして構成され、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。なお、このような回路構成の場合には、トランジスタNM11のドレイン電流の電流値は、ゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値となる。
 トランジスタNM11のドレイン端子側には、トランジスタM105のドレイン端子側から分岐した信号線が、ダイオードDを介して電気的に接続されている。このとき、ダイオードDは、カソード側がトランジスタNM11のドレイン端子に電気的に接続され、アノード側がトランジスタM105のドレイン端子側から分岐した信号線に電気的に接続されている。また、トランジスタNM11のドレイン端子側には、トランジスタM109のドレイン端子側が電気的に接続されている。
 このような構成の基で、電源電圧VDDが投入されて起動回路100がオン状態となると、電流源回路200から起動回路100に向けて引き抜かれるように起動電流ISTUPが流れる。具体的には、トランジスタM105のドレイン端子側から、トランジスタNM11のドレイン端子側に向けて、ダイオードDを介して起動電流ISTUPが流れる。これにより、電流源回路200が起動する。
 また、電流源回路200が起動すると、電流源回路200から出力された電流(換言すると、出力された信号)のうち一部がバイアス電流IBIASとしてトランジスタNM11のドレイン端子側に供給され、トランジスタNM11のドレイン端子側(即ち、ダイオードDのカソード側)の電位が上昇する。このとき、トランジスタM105とトランジスタM109とのアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM11のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM11のドレイン電圧を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。
 ダイオードDのカソード側の電位の上昇に伴い、当該ダイオードDのカソード側とアノード側との間の電位差がより小さくなり、起動電流ISTUPの流れが制限される。そして、ダイオードDのカソード側の電位がアノード側の電位よりも上昇し、当該ダイオードDに逆バイアスがかかると、起動電流ISTUPの流れが遮断される。即ち、起動回路100がオフ状態となる。また、このとき電流源回路200からトランジスタNM11のドレイン端子側に供給されるバイアス電流IBIASの電流値は、起動回路100をオフ状態に保つための必要最低限の電流であるトランジスタNM11のドレイン電流の電流値と略等しくなるように制限される。
 ここで、図7を参照して、図6に示す起動回路110の動作、即ち、電流源回路200の起動に係る動作についてより詳しく説明する。図7は、第1の構成例に係る起動回路190の動作について説明するためのタイミングチャートである。図7の横軸は時間を示している。VDDは、図6に示す電源電圧VDDの電圧値を示している。VGPは、図6におけるノードNVGPの電位、即ち、カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子の電位を示している。VGNは、図6におけるノードNVGNの電位、即ち、カレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子の電位を示している。ISTUPは、図6に示す起動電流ISTUPの電流値を示している。IBIASは、図6に示すバイアス電流IBIASの電流値を示している。VDは、図6におけるノードNVDの電位、即ち、トランジスタNM11のドレイン端子の電位を示している。
 図7に示す例では、タイミングt21において電源電圧VDDが投入されており、当該タイミングt21からタイミングt23までの期間において電源電圧VDDの電圧値が上昇している。なお、この時点において、トランジスタNM11のドレイン端子の電位VDは0V近傍を示している。
 電源電圧VDDが投入されると、起動回路100がオン状態となり、電流源回路200から起動回路100に向けて引き抜かれるように起動電流ISTUPが流れる。このとき、電源電圧VDDの電圧値の上昇に伴い、起動電流ISTUPの電流値が上昇し、当該起動電流ISTUPの電流値の上昇に伴い、ノードNVGPの電位VGPが上昇する。そして、トランジスタM105、M107、及びM109それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分上回ると、当該トランジスタM105、M107、及びM109のそれぞれが導通状態に遷移する。例えば、図7に示す例では、タイミングt23において、トランジスタM105、M107、及びM109が導通状態に遷移し、電源電圧VDDの上昇が停止する。また、タイミングt23において、トランジスタM107が導通状態に遷移すると、当該トランジスタM107のドレイン端子側と電気的に接続されたノードNVGNの電位VGNが上昇し、当該電位VGNの上昇に連動して、電位VGPが下降する。また、ノードNVGNの電位VGNの上昇に伴い、タイミングt25においてトランジスタM101及びM103が導通状態に遷移し、電位VGNの上昇と電位VGPの下降とが停止する。以上により、電流源回路200の起動が完了し、当該電流源回路200を構成するトランジスタM101、M103、M105、M107、及びM109それぞれのソース-ドレイン間に信号(ドレイン電流)が流れることとなる。
 タイミングt25において電流源回路200の起動が完了すると、トランジスタM109のソース-ドレイン間を伝達される信号が、バイアス電流IBIASとしてトランジスタNM11のドレイン端子(即ち、ノードNVD)に供給される。この、バイアス電流IBIASの供給に伴い、トランジスタNM11のドレイン端子(ノードNVD)の電位VDが上昇する。なお、電位VDは、図6に示すように、ダイオードDのカソード側の電位にも相当する。これに対して、ダイオードDのアノード側の電位は、トランジスタM105のドレイン端子側の電位に相当し、即ち、ノードNVGPの電位VGPに相当する。
 バイアス電流IBIASの供給に伴いノードNVDの電位VD(即ち、ダイオードDのカソード側の電位)が上昇すると、ダイオードDのアノード側とカソード側との電位差がより小さくなり、起動電流ISTUPの流れが制限されている。そして、ダイオードDのカソード側の電位(電位VE)がアノード側の電位(電位VGP)よりも上昇すると、当該ダイオードDに逆バイアスがかかる。例えば、図7に示す例では、タイミングt27以降において、電位VEが電位VGPよりも高くなっている。そのため、タイミングt27以降においては、起動電流ISTUPの流れが遮断される。即ち、起動回路110がオフ状態となる。
 以上のように、第1の構成例に係る起動回路110は、必要最低限の消費電流でトランジスタNM11のドレイン電圧を上昇させることが可能であり、これによりダイオードDに逆バイアスがかかる状態となることで起動電流ISTUPの流れが遮断される。このような特徴から、第1の構成例に係る起動回路110は、比較例に係る起動回路190に比べて、トランジスタNM11の素子ばらつき(例えば、閾値ばらつき)の影響をより低減することが可能となる。そのため、第1の構成例に係る起動回路110の設計に際し、理想的には、抵抗や消費電流のマージンを考慮する必要がなくなる。また、トランジスタNM11のドレイン電圧の上昇に応じて起動電流ISTUPの流れが遮断される構成となっているため、起動対象となる装置へのGIDLの影響をより低減する(理想的には、影響をなくす)ことが可能となる。
 以上、図6及び図7を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の第1の構成例について説明した。
  <3.3.第2の構成例>
 続いて、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明する。例えば、図8は、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明するための説明図であり、図5に示す起動回路の回路構成の一例について示している。なお、図8に示す電流源回路200の回路構成については、図2を参照して説明した電流源回路200の回路構成と実質的に同様のため、詳細な説明は省略する。また、図8に示す起動回路130は、図5に示す例における起動回路100に相当する。
 図8に示すように、起動回路130は、トランジスタNM11と、抵抗RSTUPと、トランジスタM21及びM23とを含む。トランジスタNM11は、図5に示すトランジスタNM11に相当する。即ち、トランジスタNM11は、例えば、Native-NMOSとして構成され、ゲート端子がグランド(GND)に電気的に接続されており、ソース端子が抵抗RSTUPを介してグランド(GND)に電気的に接続されている。なお、このような回路構成の場合には、トランジスタNM11のドレイン電流の電流値は、ゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値となる。
 トランジスタM21及びM23は、カレントミラー回路を構成している。起動回路130では、トランジスタNM11のドレイン電流を当該カレントミラー回路によりミラーした電流が、起動電流ISTUPとして電流源回路200に供給される。
 具体的には、トランジスタM21及びM23のそれぞれは、P型のMOSトランジスタとして構成されており、それぞれのゲート端子が互いに電気的に接続されている。トランジスタM21は、ゲート-ドレイン間が電気的に接続されている。トランジスタM21及びM23のそれぞれのソース端子は、電源電圧VDDに電気的に接続されている。また、トランジスタM21のドレイン端子と、トランジスタNM11のドレイン端子と、の間が電気的に接続されている。
 また、トランジスタM109のドレイン端子側が、カレントミラー回路を構成するトランジスタM21及びM23それぞれのゲート端子に対して電気的に接続されている。即ち、トランジスタM109のドレイン端子と、トランジスタNM11のドレイン端子と、の間が電気的に接続されることとなる。また、トランジスタM23のドレイン端子と、トランジスタM103のドレイン端子(即ち、トランジスタM107のドレイン端子)と、の間が電気的に接続されている。即ち、トランジスタM21のドレイン端子と、カレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子と、の間が電気的に接続されることとなる。
 このような構成の基で、電源電圧VDDが投入されて起動回路130がオン状態となると、導通状態のトランジスタNM11にドレイン電流が流れ、当該ドレイン電流をカレントミラー回路によりミラーした電流が、起動電流ISTUPとして電流源回路200に供給される。
 起動回路130からの起動電流ISTUPは、カレントミラー回路を構成するトランジスタM101及びM103それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGN)に供給され、当該トランジスタM101及びM103が導通状態に遷移する。これにより、カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109それぞれのゲート端子(即ち、ノードNVGP)が、トランジスタM101及び抵抗Rを介してグランド(GND)に電気的に接続されため、当該カレントミラー回路を構成するトランジスタM105、M107、及びM109が導通状態に遷移する。このように、起動回路130からの起動電流ISTUPの供給に伴い、まずN型のMOSトランジスタM101及びM103により構成されるカレントミラー回路が起動し、その後に、P型のMOSトランジスタM105、M107、及びM109により構成されるカレントミラー回路が起動することで、電流源回路200の起動が完了する。
 また、電流源回路200が起動すると、電流源回路200から出力された電流(換言すると、出力された信号)のうち一部がバイアス電流IBIASとして、カレントミラー回路を構成するトランジスタM21及びM23それぞれのゲート端子に供給される。これにより、トランジスタM21及びM23それぞれのゲート端子の電位が上昇するため、当該ゲート端子に電気的に接続されたトランジスタNM11のドレイン端子の電位(即ち、ノードNVDの電位)についても上昇する。このとき、トランジスタM105とトンランジスタM109とのアスペクト比(W/L比)によって設定されるバイアス電流IBIASの電流値を、トランジスタNM11のゲート-ソース間電圧Vgsを抵抗RSTUPで除算した値であるトランジスタNM11のドレイン電流の電流値よりも十分大きい値に設定することで、トランジスタNM11のドレイン電圧(即ち、トランジスタM21及びM23それぞれのゲート電圧)を電源電圧VDDまで上昇させることが可能となる。
 そして、トランジスタM21及びM23それぞれにおいて、ゲート-ソース間電圧が閾値電圧を十分下回ると、当該トランジスタM21及びM23のそれぞれが非導通状態に遷移する。このように、トランジスタM23が非導通状態に遷移することで、起動回路130から電流源回路200への起動電流ISTUPの供給が遮断される。また、このとき電流源回路200からトランジスタNM11のドレイン端子側に供給されるバイアス電流IBIASの電流値は、起動回路130をオフ状態に保つための必要最低限の電流であるトランジスタNM11のドレイン電流の電流値と略等しくなるように制限される。
 以上のように、第2の構成例に係る起動回路130は、必要最低限の消費電流でトランジスタNM11のドレイン電圧(即ち、トランジスタM21及びM23それぞれのゲート電圧)を上昇させることが可能であり、これによりトランジスタM23を非導通状態に遷移させることで起動電流ISTUPの流れが遮断される。このような特徴から、第2の構成例に係る起動回路130は、比較例に係る起動回路190に比べて、トランジスタNM11の素子ばらつき(例えば、閾値ばらつき)の影響をより低減することが可能となる。そのため、第2の構成例に係る起動回路130の設計に際し、理想的には、抵抗や消費電流のマージンを考慮する必要がなくなる。また、トランジスタNM11のドレイン電圧の上昇に応じて起動電流ISTUPの流れが遮断される構成となっているため、起動対象となる装置へのGIDLの影響をより低減する(理想的には、影響をなくす)ことが可能となる。また、第2の構成例に係る起動回路130においては、セルフバイアス型の電流源回路の各構成のうち、まずNMOSで構成されたカレントミラー回路が起動し、その後にPMOSで構成されたカレントミラー回路が起動する。そして、電流源回路が起動することで、当該電流源回路の出力であるバイアス電流が起動回路130に供給され、起動回路130から当該電流源回路への起動電流の供給が遮断される。このような順序で動作することで、当該電流源回路をより確実に起動させることが可能となる。
 以上、図8を参照して、本開示の一実施形態に係る起動回路の第2の構成例について説明した。
  <3.4.補足>
 上記では、主に、起動回路100で発生した起動電流ISTUPを駆動対象となる装置(例えば、電流源回路200)に流すことで当該装置を起動させる場合の一例に着目して説明した。一方で、駆動対象となる装置を起動させることが可能であれば、起動回路100から当該装置に供給される起動信号は必ずしも電流には限定されない。例えば、起動回路100で発生した電圧信号を起動信号として駆動対象となる装置に伝達させることで、当該装置が起動されてもよい。
 また、上記では、駆動対象となる装置を流れる電流の一部、換言すると、当該装置から出力された電流の一部をバイアス電流として、トランジスタNM11のドレイン端子に供給することで、当該ドレイン端子の電位(即ち、ドレイン電圧)を制御して、起動回路100を停止させていた。一方で、トランジスタNM11のドレイン電圧を制御することが可能であれば、駆動対象となる装置からトランジスタNM11のドレイン端子に供給されるバイアス信号(即ち、当該装置から出力された信号)は必ずしも電流には限定されない。例えば、駆動対象となる装置で発生した電圧信号の一部をバイアス信号として、トランジスタNM11のドレイン端子に供給することで、当該トランジスタNM11のドレイン電圧が制御されてもよい。
 また、第1の構成例及び第2の構成例として上述した構成はあくまで一例であり、図5を参照して説明した動作原理を実現可能であれば、本開示の一実施形態に係る起動回路の回路構成は限定されない。また、上述の通り、起動信号やバイアス信号として電圧信号を伝達させる場合においても、図5を参照して説明した動作原理の基本思想を逸脱しない範囲で、本開示の一実施形態に係る起動回路の回路構成が適宜変更されてもよい。
 <<4.むすび>>
 以上説明したように、本開示の一実施形態に係る起動回路は、ゲート端子がグランドに接続され、閾値電圧が0V近傍であるN型のMOSトランジスタと、上記MOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、を備える。また、当該起動回路においては、駆動対象となる装置から出力された第1の信号に応じて、上記MOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、上記ドレイン端子の電位に応じて、上記装置を起動させるための第2の信号(起動信号)の伝達が制御される。上記MOSトランジスタとしては、例えば、Native-NMOSが挙げられる。
 以上のような構成により、本開示の一実施形態に係る起動回路においては、当該起動回路をオフ状態に保つための必要最低限の消費電流により、起動回路を構成する上記MOSトランジスタのドレイン電圧を確実に上昇させることが可能となる。これにより、理想的には、当該起動回路を構成する素子(例えば、上記MOSトランジスタ)のばらつきに応じた抵抗や消費電流のマージンを考慮する必要がなくなるため、省面積化と低消費電流化とをより好適な態様で両立することが可能となる。また、ドレイン電圧の上昇に応じて、駆動対象となる装置を起動させるための起動信号の伝達をより確実に制限することが可能となるため、起動させる対象の回路(即ち、駆動対象となる装置)へのGIDLの影響をより低減する(ひいては、影響をなくす)ことが可能となる。
 以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
 また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
 ゲート端子がグランドに接続され、閾値電圧が0V近傍であるN型のMOSトランジスタと、
 前記MOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、
 を備え、
 駆動対象となる装置から出力された第1の信号に応じて、前記MOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、
 前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置を起動させるための第2の信号の伝達が制御される、
 起動回路。
(2)
 前記ドレイン端子の電位に応じて、当該ドレイン端子に対して、前記装置を流れる前記第2の信号がダイオードを介して引き込まれ、
 前記ドレイン端子への前記第1の信号の供給に応じて、前記ダイオードを介した当該ドレイン端子への前記第2の信号の引き込みが制限される、
 前記(1)に記載の起動回路。
(3)
 前記ドレイン端子は、前記ダイオードのカソードに接続され、
 前記第2の信号は、前記ダイオードのアノード側から当該ダイオードを介して前記ドレイン端子に引き込まれ、
 前記ドレイン端子への前記第1の信号の供給に応じた当該ドレイン端子の電位の上昇に応じて、前記ダイオードを介した当該ドレイン端子への前記第2の信号の引き込みが制限される、前記(2)に記載の起動回路。
(4)
 入力端子と出力端子とを有するカレントミラー回路を備え、
 前記ドレイン端子は、前記入力端子に接続され、
 前記カレントミラー回路への前記第1の信号の供給に応じて、前記ドレイン端子の電位が制御され、
 前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置への第2の信号の供給が制限される、
 前記(1)または(2)に記載の起動回路。
(5)
 前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのゲート端子に対する前記第1の信号の供給に応じて、前記ドレイン端子の電位が制御される、前記(4)に記載の起動回路。
(6)
 前記第1の信号は、電流または電圧信号である、前記(1)~(5)のいずれか一項に記載の起動回路。
(7)
 前記第2の信号は、電流または電圧信号である、前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の起動回路。
(8)
 前記装置は、電流源回路である、前記(1)~(7)のいずれか一項に記載の起動回路。
(9)
 前記装置は、セルフバイアス型の電流源回路であり、
 前記電流源回路を流れる前記第1の信号のうちの一部が前記ドレイン端子に供給される、
 前記(8)に記載の起動回路。
 100、110、130 起動回路
 101  起動電流発生回路
 103  電圧検出部
 200  電流源回路
 NM11  N型のMOSトランジスタ
 RSTUP  抵抗

Claims (9)

  1.  ゲート端子がグランドに接続され、閾値電圧が0V近傍であるN型のMOSトランジスタと、
     前記MOSトランジスタのソース端子とグランドとの間に介在する抵抗と、
     を備え、
     駆動対象となる装置から出力された第1の信号に応じて、前記MOSトランジスタのドレイン端子の電位が制御され、
     前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置を起動させるための第2の信号の伝達が制御される、
     起動回路。
  2.  前記ドレイン端子の電位に応じて、当該ドレイン端子に対して、前記装置を流れる前記第2の信号がダイオードを介して引き込まれ、
     前記ドレイン端子への前記第1の信号の供給に応じて、前記ダイオードを介した当該ドレイン端子への前記第2の信号の引き込みが制限される、
     請求項1に記載の起動回路。
  3.  前記ドレイン端子は、前記ダイオードのカソードに接続され、
     前記第2の信号は、前記ダイオードのアノード側から当該ダイオードを介して前記ドレイン端子に引き込まれ、
     前記ドレイン端子への前記第1の信号の供給に応じた当該ドレイン端子の電位の上昇に応じて、前記ダイオードを介した当該ドレイン端子への前記第2の信号の引き込みが制限される、請求項2に記載の起動回路。
  4.  入力端子と出力端子とを有するカレントミラー回路を備え、
     前記ドレイン端子は、前記入力端子に接続され、
     前記カレントミラー回路への前記第1の信号の供給に応じて、前記ドレイン端子の電位が制御され、
     前記ドレイン端子の電位に応じて、前記装置への第2の信号の供給が制限される、
     請求項1に記載の起動回路。
  5.  前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのゲート端子に対する前記第1の信号の供給に応じて、前記ドレイン端子の電位が制御される、請求項4に記載の起動回路。
  6.  前記第1の信号は、電流または電圧信号である、請求項1に記載の起動回路。
  7.  前記第2の信号は、電流または電圧信号である、請求項1に記載の起動回路。
  8.  前記装置は、電流源回路である、請求項1に記載の起動回路。
  9.  前記装置は、セルフバイアス型の電流源回路であり、
     前記電流源回路を流れる前記第1の信号のうちの一部が前記ドレイン端子に供給される、
     請求項8に記載の起動回路。
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