JP2009294978A - Reference voltage circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の内部の基準電圧回路において出力電圧の低電圧化に係るものである。 The present invention relates to a reduction in output voltage in a reference voltage circuit inside a semiconductor device.
図4に従来の基準電圧回路を示す。nチャネルのデプレッション型MOSFETのゲートとソースを共に接続して定電流を作り出す第1のトランジスタM1と、
nチャネルのMOSFETのゲートとドレインを共に接続してダイオード接続された第2のトランジスタM2が、第1のトランジスタM1のソースと第2のトランジスタM2のドレインが共に接続されて、電源電圧VDDとグランドGND間に直列に接続されている。この回路において基準電圧VREFは第2のトランジスタのゲート・ソース間電圧Vgs2である。
FIG. 4 shows a conventional reference voltage circuit. a first transistor M1 for producing a constant current by connecting together a gate and a source of an n-channel depletion type MOSFET;
The second transistor M2, which is diode-connected by connecting the gate and drain of the n-channel MOSFET together, is connected to the source of the first transistor M1 and the drain of the second transistor M2, and is connected to the power supply voltage VDD and the ground. It is connected in series between GND. In this circuit, the reference voltage VREF is the gate-source voltage Vgs2 of the second transistor.
第1のトランジスタM1のドレイン電流Id1と第2のトランジスタM2のドレイン電流Id2は、Vds>Vgs−Vtにおいて、
Id1=β1/2(Vgs1−Vt1)2 (1)
Id2=β2/2(Vgs2−Vt2)2 (2)
である。
Vdsはドレイン・ソース間電圧、Vgsはゲート・ソース間電圧、Vtは閾値電圧である。Vgs1とVgs2、Vt1とVt2は、それぞれ第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2のゲート・ソース間電圧、閾値電圧である。また、β1、β2は、それぞれ第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の導電係数であり、
β=(εox/tox)μ(W/L)
の形で表わされる。ここで、μはキャリア移動度、εoxは酸化膜の誘電率、toxは酸化膜厚、Wはゲート幅、Lはゲート長である。
(1)式と(2)式は、Id1=Id2,Vgs1=0,Vgs2=VREFより、
β1(−Vt1)2=β2(VREF−Vt2)2となり、
Id1 = β1 / 2 (Vgs1-Vt1) 2 (1)
Id2 = β2 / 2 (Vgs2-Vt2) 2 (2)
It is.
Vds is a drain-source voltage, Vgs is a gate-source voltage, and Vt is a threshold voltage. Vgs1 and Vgs2, and Vt1 and Vt2 are the gate-source voltage and threshold voltage of the first transistor M1 and the second transistor M2, respectively. Β1 and β2 are the conductivity coefficients of the first transistor M1 and the second transistor M2, respectively.
β = (εox / tox) μ (W / L)
It is expressed in the form of Here, μ is the carrier mobility, εox is the dielectric constant of the oxide film, tox is the oxide film thickness, W is the gate width, and L is the gate length.
Equations (1) and (2) are obtained from Id1 = Id2, Vgs1 = 0, Vgs2 = VREF.
β1 (−Vt1) 2 = β2 (VREF−Vt2) 2
同一半導体内であれば第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の酸化膜の誘電率εox、酸化膜厚toxは同じである。ここで更に閾値電圧Vt1とVt2の温度特性がほぼ同じとなるゲート長L,ゲート幅Wとすれば、第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の導電係数は、β1≒β2の関係となる。
第1のトランジスタM1の閾値電圧Vt1は負の値なので、基準電圧VREFは第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の閾値電圧の絶対値の和の大きさとなる。なお、閾値電圧が温度で変化した場合は第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の両方の閾値電圧は同じ方向に増減するので、閾値電圧の温度変化による基準電圧VREFの温度変化は極めて小さくなる。
したがって、図4に示す従来の基準電圧回路は、電源電圧に依存しない、温度依存性の小さい基準電圧VREFを得る。
If they are in the same semiconductor, the dielectric constant εox and the oxide film thickness tox of the oxide film of the first transistor M1 and the second transistor M2 are the same. Here, if the gate length L and the gate width W are such that the temperature characteristics of the threshold voltages Vt1 and Vt2 are substantially the same, the conductivity coefficients of the first transistor M1 and the second transistor M2 have a relationship of β1≈β2. .
Since the threshold voltage Vt1 of the first transistor M1 is a negative value, the reference voltage VREF is the sum of the absolute values of the threshold voltages of the first transistor M1 and the second transistor M2. Note that when the threshold voltage changes with temperature, the threshold voltages of both the first transistor M1 and the second transistor M2 increase or decrease in the same direction, so that the temperature change of the reference voltage VREF due to the temperature change of the threshold voltage is extremely small. Become.
Therefore, the conventional reference voltage circuit shown in FIG. 4 obtains a reference voltage VREF having a small temperature dependency that does not depend on the power supply voltage.
近年、携帯端末等の普及に伴いバッテリーによる動作時間を延長するために、機器の動作電圧を下げて低消費電力化を低減するということが行われている。このような動作電圧の低電圧化においては低い電圧を出力する電源回路が必要であり、その電源回路を動作させる上で低い基準電圧が必要である。 In recent years, with the widespread use of portable terminals and the like, in order to extend the operation time of the battery, it has been performed to reduce the power consumption by reducing the operating voltage of the device. In order to reduce the operating voltage, a power supply circuit that outputs a low voltage is required, and a low reference voltage is required to operate the power supply circuit.
今後の低電圧化には更に低い基準電圧が必要だが、前記従来回路において基準電圧VREFは第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の閾値電圧の絶対値の和でほぼ決まってしまう。このため、それより更に低い基準電圧VREFを得るためには普通、基準電圧VREFを抵抗で分割するが、Id1=Id2とならないので基準電圧が変わってしまう恐れがある。この問題に対応するために回路を追加した場合は、追加した回路により基準電圧の精度が低下してしまう問題があった。 Although a lower reference voltage is required for future voltage reduction, the reference voltage VREF in the conventional circuit is almost determined by the sum of the absolute values of the threshold voltages of the first transistor M1 and the second transistor M2. For this reason, in order to obtain a reference voltage VREF lower than that, the reference voltage VREF is usually divided by a resistor. However, since Id1 = Id2 is not established, there is a possibility that the reference voltage changes. When a circuit is added to deal with this problem, there is a problem that the accuracy of the reference voltage is lowered due to the added circuit.
本発明は、温度依存度が小さく、従来の基準電圧回路と比較して低い基準電圧を得る基準電圧回路を提供すること目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a reference voltage circuit that has a low temperature dependency and obtains a reference voltage lower than that of a conventional reference voltage circuit.
デプレッション型MOSFETの第1のトランジスタと、エンハンスメント型MOSFETの第2のトランジスタとが、電源電圧端子間に直列に接続された基準電圧回路において、該基準電圧回路は、
前記第1のトランジスタのドレインを高電圧供給端子に接続し、
前記第2のトランジスタのソースを低電圧供給端子に接続し、
前記第1のトランジスタのソースとゲートを共に接続し、
前記第1のトランジスタのソースを第1のソースフォロワの入力に接続し、
前記第1のソースフォロワの出力を第2のソースフォロワの入力に接続し、
第2のソースフォロワの出力を前記第2のトランジスタのゲートに接続し、
第2のソースフォロワの出力から所定の基準電圧を得ることを特徴とする。
前記第1,2のソースフォロワは、ソース接地増幅であってもよい。
In a reference voltage circuit in which a first transistor of a depletion type MOSFET and a second transistor of an enhancement type MOSFET are connected in series between power supply voltage terminals, the reference voltage circuit includes:
Connecting the drain of the first transistor to a high voltage supply terminal;
Connecting the source of the second transistor to a low voltage supply terminal;
Connecting the source and gate of the first transistor together;
Connecting the source of the first transistor to the input of a first source follower;
Connecting the output of the first source follower to the input of a second source follower;
Connecting the output of a second source follower to the gate of the second transistor;
A predetermined reference voltage is obtained from the output of the second source follower.
The first and second source followers may be grounded source amplification.
本発明によれば、電圧が1V以下の任意の基準電圧を容易に得ることができる。 According to the present invention, an arbitrary reference voltage having a voltage of 1 V or less can be easily obtained.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す回路図である。
図において、ソースフォロワ11は直列に接続された、n型のエンハンスメント型MOSFETからなるトランジスタM13と、n型のデプレッション型MOSFETからなるトランジスタM14で構成され、トランジスタM13のドレインは電源電圧VDDに接続され、トランジスタM14のソースはグランドGNDに接続され、トランジスタM14のゲートとソースは互いに接続されている。
ソースフォロワ12は直列に接続された、n型のデプレッション型MOSFETからなるトランジスタM15と、p型のエンハンスメント型MOSFETからなるトランジスタM16で構成され、トランジスタM15のドレインは電源電圧VDDに接続され、トランジスタM16のドレインはグランドGNDに接続され、トランジスタM15のゲートとソースは互いに接続されている。
n型のデプレッション型MOSFETからなる第1のトランジスタM1と、n型のエンハンスメント型MOSFETからなる第2のトランジスタM2とが、電源電圧VDDとグランドGND間に直列に接続され、第1のトランジスタM1のソースはゲートに接続されている。
第1のトランジスタM1のゲートはソースフォロワ11の入力であるトランジスタM13のゲートに接続され、第2のトランジスタM2のゲートはソースフォロワ12の出力であるトランジスタM16のソースに接続され、ソースフォロワ11の出力であるトランジスタM13のソースは、ソースフォロワ12の入力であるトランジスタM16のゲートに接続されている。
第2のトランジスタM2のゲートとソースフォロワ12の出力の接続点は、分圧回路を構成する抵抗R1とR2に接続されている。そして抵抗R1とR2の共通接続点は、基準電圧VREF2の供給先回路(図示せず)に接続された回路構成となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
In the figure, the source follower 11 is composed of a transistor M13 made of an n-type enhancement type MOSFET and a transistor M14 made of an n-type depletion type MOSFET, which are connected in series, and the drain of the transistor M13 is connected to the power supply voltage VDD. The source of the transistor M14 is connected to the ground GND, and the gate and the source of the transistor M14 are connected to each other.
The
A first transistor M1 made of an n-type depletion type MOSFET and a second transistor M2 made of an n-type enhancement type MOSFET are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground GND, and the first transistor M1 The source is connected to the gate.
The gate of the first transistor M1 is connected to the gate of the transistor M13 that is the input of the source follower 11, the gate of the second transistor M2 is connected to the source of the transistor M16 that is the output of the
The connection point between the gate of the second transistor M2 and the output of the
このような構成を持つ図1の回路動作は、概ね以下のようになる。
例えば、基準電圧VREF(第2のトランジスタM2のゲート電圧)が何らかの原因で所定の値より高くなろうとすると、第2のトランジスタM2のドレイン電圧(第1のトランジスタM1のゲート電圧)はそれまでの値から低くなろうとする。
第1のトランジスタM1のゲート電圧(ソースフォロワ11の入力)が低くなろうとすると、ソースフォロワ11の出力(ソースフォロワ12の入力)は低くなろうとする。
ソースフォロワ12の入力が低くなろうとすると、ソースフォロワ12の出力(第2のトランジスタM2のゲート電圧)は低くなろうとする。
その結果、基準電圧VREFの元の値に戻ろうとする作用が働く。
逆に、基準電圧VREF(第2のトランジスタM2のゲート電圧)が所定の値より低くなろうとすると、第2のトランジスタM2のドレイン電圧(第1のトランジスタM1のゲート電圧)が高くなろうとする。
第1のトランジスタM1のゲート電圧(ソースフォロワ11の入力)が高くなろうとすると、ソースフォロワ11の出力(ソースフォロワ12の入力)は高くなろうとする。
ソースフォロワ12の入力が高くなろうとすると、ソースフォロワ12の出力(第2のトランジスタM2のゲート電圧)は高くなろうとする。
その結果、基準電圧VREFの元の値に戻ろうとする作用が働く。
以上に説明したような回路各部に生じる動作作用により、第2のトランジスタM2のゲート電圧は、所定の基準電圧VREFに安定化される。
The circuit operation of FIG. 1 having such a configuration is generally as follows.
For example, if the reference voltage VREF (the gate voltage of the second transistor M2) is going to be higher than a predetermined value for some reason, the drain voltage of the second transistor M2 (the gate voltage of the first transistor M1) Try to get lower from the value.
When the gate voltage (input of the source follower 11) of the first transistor M1 is going to be lowered, the output of the source follower 11 (input of the source follower 12) is going to be lowered.
When the input of the
As a result, the action of returning to the original value of the reference voltage VREF works.
Conversely, when the reference voltage VREF (the gate voltage of the second transistor M2) is going to be lower than a predetermined value, the drain voltage of the second transistor M2 (the gate voltage of the first transistor M1) is going to be increased.
When the gate voltage of the first transistor M1 (the input of the source follower 11) is increased, the output of the source follower 11 (the input of the source follower 12) is increased.
When the input of the
As a result, the action of returning to the original value of the reference voltage VREF works.
The gate voltage of the second transistor M2 is stabilized at the predetermined reference voltage VREF by the operation effect generated in each part of the circuit as described above.
なお第1のトランジスタM1のゲート電圧は、第2のトランジスタM2のゲート電圧に対してソースフォロワ11によりトランジスタM13のゲート・ソース電圧Vgs13だけ低くなるようにレベルシフトされた電圧となり、ソースフォロワ12によってトランジスタM16のゲートソース間電圧Vgs16だけ高くなるようにレベルシフトされた電圧となる。Vgs13≒Vgs16になっていれば、第1のトランジスタM1のゲート電圧と第2のトランジスタM2のゲート電圧はほぼ同じ電圧となり、第1のトランジスタM1と第2のトランジスタM2の動作は従来例と実質的に同じとなる。ここで図1のように基準電圧VREF2を得るために基準電圧VREFを抵抗R1とR2で分割した場合に、抵抗R1とR2に電流が流れて第2のトランジスタM2のゲート電圧が変化しようとしても帰還制御ループにより第2のトランジスタM2のゲート電圧が安定された基準電圧VREFとなることが本発明の特徴である。
したがって、抵抗R1とR2の比を変えることにより、基準電圧VREF2を基準電圧VREFより低い任意の電圧値に設定することが可能である。
なお、抵抗R1とR2の少なくとも一方をあらかじめ複数の抵抗で構成し、それぞれの抵抗に並列にヒューズを設けた上で当該ヒューズを選択的にレーザで切断することで、基準電圧を変更することも可能である。
The gate voltage of the first transistor M1 is a voltage that is level-shifted by the source follower 11 so as to be lower by the gate-source voltage Vgs13 of the transistor M13 than the gate voltage of the second transistor M2. The voltage is level-shifted so as to increase by the gate-source voltage Vgs16 of the transistor M16. If Vgs13≈Vgs16, the gate voltage of the first transistor M1 and the gate voltage of the second transistor M2 are substantially the same voltage, and the operations of the first transistor M1 and the second transistor M2 are substantially the same as in the conventional example. Will be the same. Here, when the reference voltage VREF is divided by the resistors R1 and R2 in order to obtain the reference voltage VREF2 as shown in FIG. 1, even if a current flows through the resistors R1 and R2 and the gate voltage of the second transistor M2 tries to change. It is a feature of the present invention that the gate voltage of the second transistor M2 becomes the stabilized reference voltage VREF by the feedback control loop.
Therefore, the reference voltage VREF2 can be set to an arbitrary voltage value lower than the reference voltage VREF by changing the ratio of the resistors R1 and R2.
It is also possible to change the reference voltage by configuring at least one of the resistors R1 and R2 with a plurality of resistors in advance and providing a fuse in parallel with each resistor and selectively cutting the fuse with a laser. Is possible.
図2は、温度特性を示すグラフであり、横軸は温度であり、縦軸は電圧である。図において、特性Aは図5に示す従来回路の場合であり、特性Bは図1に示す実施例において、抵抗R1とR2を1MΩとした場合である。
図2から判るように本発明の基準電圧回路の特性Bは、従来回路の特性Aと同等の温度依存度であり、基準電圧は特性Aより低くなる。
FIG. 2 is a graph showing temperature characteristics, where the horizontal axis is temperature and the vertical axis is voltage. In the figure, the characteristic A is the case of the conventional circuit shown in FIG. 5, and the characteristic B is the case where the resistors R1 and R2 are 1 MΩ in the embodiment shown in FIG.
As can be seen from FIG. 2, the characteristic B of the reference voltage circuit of the present invention has a temperature dependence equivalent to the characteristic A of the conventional circuit, and the reference voltage is lower than the characteristic A.
図3は本発明の第2の実施形態を示す回路図である。
図3に示す回路は、図1のソースフォロワ11,12を、ソース接地21,22で置換したものである。
ソース接地21は直列に接続された、n型のデプレッション型MOSFETからなるトランジスタM23と、n型のエンハンスメント型MOSFETからなるトランジスタM24で構成され、トランジスタM23のドレインは電源電圧VDDに接続され、トランジスタM24のソースはグランドGNDに接続され、トランジスタM23のゲート・ソース間は互いに接続されている。
ソース接地22は直列に接続された、n型のデプレッション型MOSFETからなるトランジスタM25と、n型のエンハンスメント型MOSFETからなるトランジスタM26で構成され、トランジスタM25のドレインは電源電圧VDDに接続され、トランジスタM26のソースはグランドGNDに接続され、トランジスタM25のゲート・ソース間は互いに接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
The circuit shown in FIG. 3 is obtained by replacing the
The source ground 21 is composed of a transistor M23 made of an n-type depletion type MOSFET and a transistor M24 made of an n-type enhancement type MOSFET, which are connected in series. The drain of the transistor M23 is connected to the power supply voltage VDD, and the transistor M24 Are connected to the ground GND, and the gate and the source of the transistor M23 are connected to each other.
The source ground 22 includes a transistor M25 made of an n-type depletion type MOSFET and a transistor M26 made of an n-type enhancement type MOSFET, which are connected in series. The drain of the transistor M25 is connected to the power supply voltage VDD, and the transistor M26. Are connected to the ground GND, and the gate and the source of the transistor M25 are connected to each other.
このような構成を持つ図3の回路動作は、概ね以下のようになる。
例えば、基準電圧VREF(第2のトランジスタM2のゲート電圧)が何らかの原因で所定のより高くなろうとすると、第2のトランジスタM2のドレイン電圧(第1のトランジスタM1のゲート電圧)はそれまでの値から低くなろうとする。
第1のトランジスタM1のゲート電圧(ソース接地21の入力)が低くなろうとすると、ソース接地21の出力(ソース接地22の入力)は高くなろうとする。
ソース接地22の入力が高くなろうとすると、ソース接地22の出力(第2のトランジスタM2のゲート電圧)は低くなろうとする。
その結果、基準電圧VREFの元の値に戻ろうとする作用が働く。
逆に、基準電圧VREF(第2のトランジスタM2のゲート電圧)が所定の値より低くなろうとすると、第2のトランジスタM2のドレイン電圧(第1のトランジスタM1のゲート電圧)が高くなろうとする。
第1のトランジスタM1のゲート電圧(ソース接地21の入力)が高くなろうとすると、ソース接地21の出力(ソース接地22の入力)は低くなろうとする。
ソース接地22の入力が低くなろうとすると、ソース接地22の出力(第2のトランジスタM2のゲート電圧)は高くなろうとする。
その結果、基準電圧VREFの元の値に戻ろうとする作用が働く。
以上に説明したような回路各部に生じる動作作用により、第2のトランジスタM2のゲート電圧は、所定の基準電圧VREFに安定化される。
The circuit operation of FIG. 3 having such a configuration is generally as follows.
For example, if the reference voltage VREF (the gate voltage of the second transistor M2) is higher than a predetermined value for some reason, the drain voltage of the second transistor M2 (the gate voltage of the first transistor M1) Try to get lower.
When the gate voltage of the first transistor M1 (the input of the source ground 21) is going to decrease, the output of the source ground 21 (the input of the source ground 22) tends to be high.
When the input of the source ground 22 is to be increased, the output of the source ground 22 (the gate voltage of the second transistor M2) is to be decreased.
As a result, the action of returning to the original value of the reference voltage VREF works.
Conversely, when the reference voltage VREF (the gate voltage of the second transistor M2) is going to be lower than a predetermined value, the drain voltage of the second transistor M2 (the gate voltage of the first transistor M1) is going to be increased.
When the gate voltage of the first transistor M1 (the input of the source ground 21) is increased, the output of the source ground 21 (the input of the source ground 22) is decreased.
When the input of the source ground 22 is going to be lowered, the output of the source ground 22 (the gate voltage of the second transistor M2) is going to be raised.
As a result, the action of returning to the original value of the reference voltage VREF works.
The gate voltage of the second transistor M2 is stabilized at a predetermined reference voltage VREF by the operation effect generated in each part of the circuit as described above.
上述した実施形態において、第1の実施形態におけるトランジスタM14とM15、第2の実施形態におけるトランジスタM23とM25は、MOSFETトランジスタに限定されるものではなく、例えば、抵抗、ダイオードを用いてもよい。 In the above-described embodiment, the transistors M14 and M15 in the first embodiment and the transistors M23 and M25 in the second embodiment are not limited to MOSFET transistors, and for example, resistors and diodes may be used.
M2,M13,M24,M26 n型のエンハンスメント型MOSFET
M1,M14,M15,M23,M25 n型のデプレッション型MOSFET
M16 p型のエンハンスメント型MOSFET
R1,R2 抵抗
GND グランド電位
VDD 電源電位
11,12 ソースフォロワ
21,22 ソース接地
M2, M13, M24, M26 n-type enhancement type MOSFET
M1, M14, M15, M23, M25 n-type depletion type MOSFET
M16 p-type enhancement type MOSFET
R1, R2 Resistor GND Ground potential VDD Power supply potential 11, 12
Claims (5)
前記第1のトランジスタのドレインを高電圧供給端子に接続し、
前記第2のトランジスタのソースを低電圧供給端子に接続し、
前記第1のトランジスタのソースとゲートを共に接続し、
前記第1のトランジスタのソースを第1のソースフォロワの入力に接続し、
前記第1のソースフォロワの出力を第2のソースフォロワの入力に接続し、
第2のソースフォロワの出力を前記第2のトランジスタのゲートに接続し、
第2のソースフォロワの出力から所定の基準電圧を得ることを特徴とする基準電圧回路。 In a reference voltage circuit in which a first transistor of a depletion type MOSFET and a second transistor of an enhancement type MOSFET are connected in series between power supply voltage terminals, the reference voltage circuit includes:
Connecting the drain of the first transistor to a high voltage supply terminal;
Connecting the source of the second transistor to a low voltage supply terminal;
Connecting the source and gate of the first transistor together;
Connecting the source of the first transistor to the input of a first source follower;
Connecting the output of the first source follower to the input of a second source follower;
Connecting the output of a second source follower to the gate of the second transistor;
A reference voltage circuit that obtains a predetermined reference voltage from an output of a second source follower.
ことを特徴とする請求項1に記載の基準電圧回路。 2. The reference voltage circuit according to claim 1, wherein the first source follower includes an n-channel MOSFET in a main transistor, and the second source follower includes a p-channel MOSFET in the main transistor. .
The reference voltage circuit according to claim 4, wherein the plurality of resistors include a resistor that can be set to a desired resistance value by trimming.
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