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JP3490176B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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Publication number
JP3490176B2
JP3490176B2 JP06222395A JP6222395A JP3490176B2 JP 3490176 B2 JP3490176 B2 JP 3490176B2 JP 06222395 A JP06222395 A JP 06222395A JP 6222395 A JP6222395 A JP 6222395A JP 3490176 B2 JP3490176 B2 JP 3490176B2
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JP
Japan
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transistor
current
emitter
collector
circuit
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JP06222395A
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JPH08265062A (ja
Inventor
尚隆 小井手
達夫 田中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路、特に半
導体チップ内での占有面積を縮小化したカレントミラー
回路を有する半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】入力側の電流に対して、出力側の電流を
微少にして安定に取り出すためのカレントミラー回路を
有する半導体集積回路が従来より用いられている。この
中で特に代表的な回路の例を図3及び図4に示す。
【0003】まず図3に示すカレントミラー回路の構成
について説明する。第一及び第二トランジスタQ31とQ
32は、エミッタ面積比がn:1(nは1より大きい数で
あり、以下同様である。)のPNPトランジスタであ
り、Q31のコレクタは、電流I0 を発生する定電流源3
1の一端に接続され、また定電流源31の他端は接地電
位に接続されている。またQ31のベースとQ32のベース
は互いに接続され、Q31とQ32のコレクタは互いに電源
電位VCCに接続されたいる。またQ31のベースはQ31の
コレクタに接続されている。
【0004】次に図3に示したカレントミラー回路の動
作について説明する。Q31のエミッタとQ32のエミッタ
は共通に接続されており、電源電位VCCが供給されてい
る。またQ31とQ32のベースと、Q31のエミッタは共通
に接続されており共に同電位である。またQ31のコレク
タは定電流源31に接続されており、Q31のコレクタ電
流は定電流源31により電流I0 に規定されている。Q
31とQ32のエミッタ面積比はn:1であり、Q31とQ32
のベース電位は同一であるので、Q32のコレクタ電流は
Q31のコレクタ電流の1/nとなる。従って図3に示す
カレントミラー回路の出力は、入力であるQ31のコレク
タ電流の1/nとなって、Q32のコレクタより出力され
る。
【0005】よって上記のようなカレントミラー回路で
は、定電流源より発生する電流を所定のカレント比(Q
31とQ32のエミッタ面積比、またはQ31とQ32のコレク
タ電流比)で微少にして出力することができる。
【0006】続いて図4に示すカレントミラー回路の構
成について説明する。図4に示すカレントミラー回路は
図3に示すカレントミラー回路において、Q31のベース
にエミッタを、Q31のコレクタにベースを、コレクタを
接地電位に接続したPNPトランジスタQ43をさらに有
するものであり、Q41とQ42のベース電流によるアーリ
ー効果を補償し、より高精度なミラー係数を得るように
構成されたカレントミラー回路である。回路の動作は基
本的には図3に示した回路と同様であり、出力はQ42の
コレクタ電流より得る。このカレントミラー回路におい
てもQ41とQ42のエミッタ面積比に応じた電流がQ42の
コレクタより出力される。
【0007】上記に示すようなカレントミラー回路にお
ける、トランジスタQ31乃至Q43はいずれも、PNPト
ランジスタを用いている。さらにQ31においては、Q42
に対してn倍のエミッタ面積を有するトランジスタを用
いている。一般にPNPトランジスタとNPNトランジ
スタとでは同程度の出力電流を得ようとすると、PNP
トランジスタに係る面積はNPNトランジスタに係る面
積の2倍程度を必要とする。このため上記に示した回路
では半導体チップ内における占有面積が非常に大きく、
カレント比が大きくなるに従い占有面積も当然に増加す
る。よって従来の回路例に示すようなカレントミラー回
路は、半導体チップの縮小化を妨げる原因の一つとなっ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記に示した半導体集
積回路に用いられるカレントミラー回路は、通常PNP
トランジスタを用いている。PNPトランジスタはNP
Nトランジスタと比較して、チップ上の占有面積を2倍
程度必要とする。上記のカレントミラー回路では、回路
を構成する入力側と出力側の2つのトランジスタのエミ
ッタ面積比を、より大きくとること、つまりカレント比
を大きくとることにより、入力に対して微少で安定した
出力を得ている。このため、チップ上でのトランジスタ
の占有面積が大きくなり、半導体チップの縮小化を妨げ
る原因の一つとなっている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明においては上記問
題点を解決するために、電源電位にエミッタが接続さ
れ、ベースがコレクタに接続された第一PNPトランジ
スタと、前記電源電位にエミッタが接続され、ベースが
前記第一PNPトランジスタのベースに接続された第二
PNPトランジスタと、前記電源電位にコレクタが接続
された第一NPNトランジスタと、前記第一PNPトラ
ンジスタのコレクタにコレクタとベースとが接続され、
前記第一NPNトランジスタのベースにベースが接続さ
れ、前記第一NPNトランジスタのエミッタ面積より小
さいエミッタ面積を有する第二NPNトランジスタと、
前記第一NPNトランジスタのエミッタと前記第二NP
Nトランジスタのエミッタに一端が接続され、接地電位
に他端が接続された電流源とを有し、前記第一NPNト
ランジスタのエミッタと前記第二NPNトランジスタの
エミッタに前記電流源から入力電流が供給され、前記入
力電流を減衰させた出力電流を前記第二PNPトランジ
スタのコレクタから出力することを特徴とする半導体集
積回路を提供することを目的とする。
【0010】
【作用】本発明の実施例におけるカレントミラー回路で
は、従来の回路において入力電流の値より出力電流の値
を決定するPNPトランジスタを、回路の構成を変更
し、NPNトランジスタにより構成する。これにより回
路を構成するトランジスタに係る面積を、大幅に低減さ
せることができる。さらにカレントミラー回路の重要な
特性であるミラー係数を、従来の回路例のものよりも向
上させることができる。よって半導体チップ内でのカレ
ントミラー回路を構成するトランジスタの占有面積を低
減させることができるので、半導体チップの縮小化を実
現することができ、また、半導体チップの縮小化と共に
高精度なミラー係数を有する回路を実現できる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例について以下図面を参照して
説明する。図1は本発明の第一実施例に係る回路図であ
る。以下その構成について説明する。第一の実施例にお
いてはエミッタ面積比が1:1のPNPトランジスタQ
11、Q12より構成される第一のカレントミラー回路と、
エミッタ面積比がn:1のNPNトランジスタQ13、Q
14より構成される第二のカレントミラー回路と、第二の
カレントミラー回路に定電流を供給する定電流源よりな
る。Q11、Q12のエミッタ、Q13のコレクタは共に電源
電位VCCに接続されており、Q14のコレクタはQ11のコ
レクタに接続されている。またQ11、Q12のベースとQ
11のコレクタは共通に接続され、またQ13、Q14のベー
スとQ14のコレクタは共通に接続されている。Q13、Q
14のエミッタは定電流源11の一端に接続されている。
定電流源11の他端は接地電位に接続されている。カレ
ントミラー回路の出力としては、Q12のコレクタより得
る。
【0012】次にその動作について説明する。定電流源
11からは電流I0 が供給されており、第二カレントミ
ラー回路を構成するQ13とQ14のエミッタ面積比はn:
1であるので、Q14のコレクタ電流はI0 /nとなる。
Q14のコレクタとQ11のコレクタは接続されているた
め、第一カレントミラー回路の入力はI0 /nとなる。
第一カレントミラー回路を構成するQ11とQ12のエミッ
タ面積比は1:1であるので、Q12のコレクタ電流、つ
まり回路全体としての出力電流はI0 /nとなる。 本
実施例における回路では、回路の出力を決定するカレン
トミラー回路を構成する所定のカレント比を有するトラ
ンジスタは、NPNトランジスタによって構成する。こ
れにより、以下に挙げる効果を有する。ここで説明のた
めNPNトランジスタのチップ上の占有面積を便宜上S
とすると、同程度の電流を得ようとするならば、PNP
トランジスタではチップ上の占有面積はNPNトランジ
スタの2.3倍程度、つまり2.3S必要とする。例え
ば従来の回路例である図3に示した回路では、カレント
ミラー回路のエミッタ面積比をQ1 とQ2 で10:1と
すると、図3に示した回路ではPNPトランジスタを1
1個用いていると考えられるので、回路を構成するトラ
ンジスタの総面積は、2.3S*11で25.3S必要
となる。
【0013】これに対し第一実施例における回路では、
エミッタ面積比が等しいPNPトランジスタ2個と、第
二カレントミラー回路を構成するNPNトランジスタの
エミッタ面積比をQ13とQ14で9:1とすると、NPN
トランジスタを10個用いていると考えられるので、回
路を構成するトランジスタの総面積は、第一カレントミ
ラー回路に係るトランジスタの面積2.3S*2と第二
カレントミラー回路に係るトランジスタの面積S*10
の和である14.6Sとなる。
【0014】すなわち同じ値の電流、例えば定電流源が
発生する電流I0 の1/nを出力させようとする場合に
は、本発明の第一実施例では従来の回路例におけるトラ
ンジスタに係る総面積の14.6S/25.3Sである
約57%程度のトランジスタの総面積で、同じ値の電流
を出力することができる。
【0015】よって本発明の第一実施例に係る回路にお
いては、従来の回路に比べトランジスタの占有面積を縮
小化することができる。図2は本発明の第二実施例に係
る回路図である。第二実施例は第一実施例における回路
の第二カレントミラー回路のアーリー効果を補償した回
路である。以下、その構成について簡単に説明する。基
本的には第一実施例に示した回路の構成と同様である
が、第一実施例における回路と相違する点は、Q11のコ
レクタによるQ11、Q12のベース電圧の補償の代わり
に、第二実施例における回路では、第のカレントミラ
ー回路を構成するQ23、Q24のエミッタにベースが接続
され、第のカレントミラー回路を構成するQ21、Q22
のベースにエミッタが接続され、接地電位にコレクタが
接続されたPNPトランジスタQ25を用いる点である。
このトランジスタQ25の働きにより第二カレントミラー
回路の入力電流が変動することを防止することができ、
第二カレントミラー回路を構成するトランジスタQ23、
Q24のアーリー効果を補償することができる。
【0016】第二実施例においても回路面積の縮小化を
する事ができる。すなわち前述のトランジスタの占有面
積の説明と同様に、図4において示した従来の回路例と
第二実施例のトランジスタに係る面積について説明す
る。前述の説明と同様にNPNトランジスタのチップ上
の占有面積をSとすると、同程度の電流を得ようとする
ならば、PNPトランジスタではチップ上の占有面積は
NPNトランジスタの2.3倍程度、つまり2.3S必
要とするものとする。
【0017】図4に示した従来の回路で、カレントミラ
ー回路のエミッタ面積比をQ41とQ42で10:1とする
と、PNPトランジスタを12個用いていると考えられ
るので、回路を構成するトランジスタの総面積は、2.
3S*12で27.6S必要となる。
【0018】これに対し第二実施例における回路では、
エミッタ面積比が等しいPNPトランジスタ3個と、第
二カレントミラー回路を構成するNPNトランジスタの
エミッタ面積比をQ23とQ24で9:1とすると、NPN
トランジスタを10個用いていると考えられるので、回
路を構成するトランジスタの総面積は、第一カレントミ
ラー回路に係るトランジスタの面積2.3S*3と第二
カレントミラー回路に係るトランジスタの面積S*10
の和である16.9Sとなる。
【0019】すなわち同じ値の電流、例えば定電流源が
発生する電流I0 の1/nを出力させようとする場合に
は、本発明の第一実施例では従来の回路例におけるトラ
ンジスタに係る総面積の16.9S/27.6Sである
約61%程度のトランジスタの総面積で、同じ値の電流
を出力することができる。
【0020】よって本発明の第二実施例に係る回路にお
いても、従来の回路に比べトランジスタの占有面積を縮
小化することができる。さらに第二実施例における回路
では、従来の回路例に比較して入力電流と出力電流の比
であるミラー係数を向上させることができる。従来例で
示した図4の回路例は、図3に示した回路例にさらにア
ーリー効果を補償するためにPNPトランジスタを付加
したものであるが入力電流と出力電流の比つまりミラー
係数はPNPトランジスタの増幅率をβPNP とすれば、
βPNP 2(10βPNP 2+1)となる。一方第二実施例の回
路においてミラー係数はβPNP 2(10βPNP 2+2)とな
り、ミラー係数を従来の回路例と比較して、向上させる
ことができる。つまり入力電流に対して出力電流を、ト
ランジスタのアーリー効果等の影響を少なく、より高精
度に出力する事が可能となる。
【0021】以上説明したように、本発明の実施例にお
いては同程度の値の電流を出力させるための従来の回路
例と比較して、回路を構成するトランジスタに係る面積
を、大幅に低減させることができる。さらに第二の実施
例に係る回路においては、カレントミラー回路の重要な
特性であるミラー係数を、従来の回路例のものよりも向
上させることができる。尚、上記の説明においては、電
流源としては定電流源を示しているが、これに限定され
ることはなく、必要に応じて異なる大きさの電流を発生
する電流源であってもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明の実施例におけるカレントミラー
回路では、同程度の値の電流を出力させるための従来例
の回路と比較して、回路を構成するトランジスタに係る
面積を、大幅に低減させることができる。さらに第二の
実施例に係る回路においては、カレントミラー回路の重
要な特性であるミラー係数を、従来の回路例のものより
も向上させることができる。よって半導体チップ内での
カレントミラー回路を構成するトランジスタの占有面積
を低減させることができるので、半導体チップの縮小化
を実現することができる。また、半導体チップの縮小化
と共に高精度なミラー係数を有する回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係るカレントミラー回路
の回路図。
【図2】本発明の第二実施例に係るカレントミラー回路
の回路図。
【図3】従来のカレントミラー回路の回路図。
【図4】従来のカレントミラー回路の回路図。
【符号の説明】
11、21、31、41 定電流源 Q11、Q12、Q21、Q22、Q25、 Q31、Q32、Q41、Q42、Q43 PNPトランジスタ Q13、Q14 NPNトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−135429(JP,A) 特開 平2−272809(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/00 - 3/72 G05F 3/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源電位にエミッタが接続され、ベースが
    コレクタに接続された第一PNPトランジスタと、 前記電源電位にエミッタが接続され、ベースが前記第一
    PNPトランジスタのベースに接続された第二PNPト
    ランジスタと、 前記電源電位にコレクタが接続された第一NPNトラン
    ジスタと、 前記第一PNPトランジスタのコレクタにコレクタとベ
    ースとが接続され、前記第一NPNトランジスタのベー
    スにベースが接続され、前記第一NPNトランジスタの
    エミッタ面積より小さいエミッタ面積を有する第二NP
    Nトランジスタと、 前記第一NPNトランジスタのエミッタと前記第二NP
    Nトランジスタのエミッタに一端が接続され、接地電位
    に他端が接続された電流源とを有し、前記第一NPNトランジスタのエミッタと前記第二NP
    Nトランジスタのエミッタに前記電流源から入力電流が
    供給され、 前記入力電流を減衰させた出力電流を前記第二PNPト
    ランジスタのコレクタから出力する ことを特徴とする半
    導体集積回路。
  2. 【請求項2】入力側のトランジスタのエミッタ面積が出
    力側のトランジスタのエミッタ面積より大きい面積を有
    する少なくとも2つのNPNトランジスタよりなる第一
    カレントミラー回路と、 前記第一カレントミラー回路の出力側に入力側が接続さ
    れた少なくとも2つのPNPトランジスタよりなる第二
    カレントミラー回路と、 前記第一カレントミラー回路に入力電流を供給する電流
    とを有し、 前記第二カレントミラー回路が前記入力電流を減衰させ
    た出力電流を出力することを特徴とする半導体集積回
    路。
  3. 【請求項3】電源電位にエミッタが接続された第一PN
    Pトランジスタと、 前記電源電位にエミッタが接続され、ベースが前記第一
    PNPトランジスタのベースに接続された第二PNPト
    ランジスタと、 前記電源電位にコレクタが接続された第一NPNトラン
    ジスタと、 前記第一PNPトランジスタのコレクタにコレクタとベ
    ースが接続され、前記第一NPNトランジスタのベース
    にベースが接続され前記第一NPNトランジスタのエ
    ミッタ面積より小さいエミッタ面積を有する第二NPN
    トランジスタと、 前記第一PNPトランジスタのベースにエミッタが接続
    され、前記第一NPNトランジスタのエミッタにベース
    が接続され、接地電位にコレクタが接続された第三PN
    Pトランジスタと、 前記第一NPNトランジスタのエミッタと前記第二NP
    Nトランジスタのエミッタに一端が接続され、前記接地
    電位に他端が接続された電流源とを有し、前記第一NPNトランジスタのエミッタと前記第二NP
    Nトランジスタのエミッタに前記電流源から入力電流が
    供給され、 前記入力電流を減衰させた出力電流を前記第二PNPト
    ランジスタのコレクタから出力する ことを特徴とする半
    導体集積回路。
  4. 【請求項4】前記電流源は定電流を発生することを特徴
    とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体集積
    回路。
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