(57)【要約】【課題】出力電流値のずれを調整することができるとともに、温度依存性が小さくかつ比較的大きな電流を出力することができる定電流回路を提供を提供する。【解決手段】定電流源（ＣＳ０）と、該定電流源と直列に接続された第１の抵抗と、該第１の抵抗の抵抗値を調整可能な第１の抵抗値調整回路（TRC1）と、前記定電流源と前記第１の抵抗の接続ノードの電位を第１の入力端子に受ける演算増幅回路（ＡＭＰ）と、該演算増幅回路の出力を制御端子に受けるトランジスタと、該トランジスタと直列に接続された第２の抵抗と、該第２の抵抗の抵抗値を調整可能な第２の抵抗値調整回路（TRC2）と、前記トランジスタに流れる電流を素子のサイズ比に応じて比例拡大して出力するカレントミラー回路（Ｑ２，Ｑ３）とを備え、前記トランジスタと前記第２の抵抗の接続ノードの電位が前記演算増幅回路の第２の入力端子にフィードバックされるように構成した。【選択図】図１
2010003115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源と、該定電流源と直列に接続された第１の抵抗と、該第１の抵抗の抵抗値を調整可能な第１の抵抗値調整回路と、前記定電流源と前記第１の抵抗の接続ノードの電位を第１の入力端子に受ける演算増幅回路と、該演算増幅回路の出力を制御端子に受けるトランジスタと、該トランジスタと直列に接続された第２の抵抗と、該第２の抵抗の抵抗値を調整可能な第２の抵抗値調整回路と、前記トランジスタに流れる電流を素子のサイズ比に応じて比例拡大して出力するカレントミラー回路と、を備え、前記トランジスタと前記第２の抵抗の接続ノードの電位が前記演算増幅回路の第２の入力端子にフィードバックされるように構成したことを特徴とする定電流回路。
【請求項２】
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の抵抗比は、前記トランジスタに流したい電流と前記定電流源の電流の比と同じ値に設定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の定電流回路。
【請求項３】
前記定電流源は１０μＡ以下の電流を流し温度依存性が１００ｐｐｍ以下であり、前記カレントミラー回路は前記定電流源の電流の２倍以上の電流を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の定電流回路。
【請求項４】
定電流源と、該定電流源に接続され外部に抵抗素子が接続可能な第１の外部端子と、該第１の外部端子に第１の入力端子が接続された演算増幅回路と、該演算増幅回路の出力を制御端子に受けるトランジスタと、該トランジスタのソース端子もしくはエミッタ端子に接続され外部に抵抗素子が接続可能な第２の外部端子と、前記トランジスタに流れる電流を素子のサイズ比に応じて比例拡大して出力するカレントミラー回路と、を備え、前記トランジスタと前記第２の外部端子との接続ノードの電位が前記演算増幅回路の第２の入力端子にフィードバックされるように構成されていることを特徴とする定電流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度依存性が小さくかつ電流精度の高い定電流回路に関し、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）の駆動電流を供給する電流回路に利用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の二次電池を電源とする電子機器においては、内部状態や充電時の充電状況を報知するためＬＥＤランプが使用されている。かかるＬＥＤランプは、駆動電流によって明るさが変化するため、一定の明るさを保証するには駆動電流の精度が高いことが必要である。
【０００３】
従来、数μＡ程度の比較的小さな電流を流す定電流回路としては、例えば温度依存性のないバンドギャップ基準電圧回路等を使用して５０ｐｐｍ以下の非常に小さな温度依存性を有するように構成されたものが知られている。また、半導体集積回路内の任意の回路に所望の大きさの電流を流す技術として、定電流源を有するバイアス回路の電流をカレントミラーで生成したり折り返したりする技術が知られている。
【０００４】
さらに、温度補償回路を設けることで、温度変化の影響の少ない電流を出力可能にした定電流回路に関する発明が提案されている。このような温度補償回路を設けた定電流回路に関する発明としては、例えば特許文献１に記載されている発明がある。
【特許文献１】特開２００７−６５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、５０ｐｐｍ程度の非常に低い温度特性を有し数μＡ程度の比較的小さな電流を流す定電流回路は知られている。しかしながら、ＬＥＤランプを駆動するには、１桁高い数１０μＡ程度の電流が必要である。そこで、図４に示すように、温度依存性の低い定電流源ＣＳ０の電流を、トランジスタＱ０，Ｑ１やＱ２，Ｑ３のカレントミラー回路で比例拡大することでＬＥＤの駆動電流を出力する回路を考えた。
【０００６】
図４の回路によれば、例えば定電流源ＣＳ０の電流が２μＡのような小さな電流であっても、Ｑ０，Ｑ１のカレントミラーで５倍に拡大し、さらにＱ２，Ｑ３のカレントミラーで４倍に拡大することで、温度依存性の低い４０μＡのような大きな電流を出力することできる。しかしながら、図４の回路にあっては、プロセスのばらつきでトランジスタＱ０，Ｑ１やＱ２，Ｑ３のサイズ比が所望の値からずれると電流精度が低下するという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明者らは、図５に示すように、トランジスタＱ２と直列にトリミング用の抵抗Ｒｔを設けることを検討した。しかし、図５の回路にあっては、プロセスのばらつきに起因する電流精度の低下は補正できるものの、抵抗は３０００〜４０００ｐｐｍという、定電流源ＣＳ０が持つ５０ｐｐｍ程度の温度特性に比べてかなり高い温度特性を有するため、温度変化によって電流値が大きく変動してしまうという課題があることが明らかとなった。
【０００８】
この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、出力電流値のずれを調整することができるとともに、温度依存性が小さくかつ比較的大きな電流を出力することができる定電流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、定電流源と、該定電流源と直列に接続された第１の抵抗と、該第１の抵抗の抵抗値を調整可能な第１の抵抗値調整回路と、前記定電流源と前記第１の抵抗の接続ノードの電位を第１の入力端子に受ける演算増幅回路と、該演算増幅回路の出力を制御端子に受けるトランジスタと、該トランジスタと直列に接続された第２の抵抗と、該第２の抵抗の抵抗値を調整可能な第２の抵抗値調整回路と、前記トランジスタに流れる電流を素子のサイズ比に応じて比例拡大して出力するカレントミラー回路と、を備え、前記トランジスタと前記第２の抵抗の接続ノードの電位が前記演算増幅回路の第２の入力端子にフィードバックされるように構成したものである。
【００１０】
上記のような構成によれば、第２の抵抗値調整回路により第２の抵抗の抵抗値を調整することによって出力電流値のずれを調整することができるとともに、第１の抵抗値調整回路により第１の抵抗の抵抗値を調整することによって演算増幅回路のオフセットを小さくすることができる。また、演算増幅回路の第１の入力端子に第１の抵抗が接続され、第２の入力端子に第２の抵抗が接続されているため、抵抗の持つ温度依存性が相殺し合って温度依存性が小さな電流を出力することができる。さらに、カレントミラー回路を備えるため、定電流源の電流よりも大きな電流を出力することができる。
【００１１】
また、望ましくは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の抵抗比は、前記トランジスタに流したい電流と前記定電流源の電流の比と同じ値に設定する。これにより、第２の抵抗に流れる電流を、第１の抵抗に流れる電流よりも大きくして温度依存性のないさらに大きな電流を出力することができるようになる。ここで、具体的には、例えば前記定電流源は１０μＡ以下の電流を流し温度依存性が１００ｐｐｍ以下であり、前記カレントミラー回路は前記定電流源の電流の２倍以上の電流を出力するように構成することが考えられる。
【００１２】
さらに、定電流源と、該定電流源に接続され外部に抵抗素子が接続可能な第１の外部端子と、該第１の外部端子に第１の入力端子が接続された演算増幅回路と、該演算増幅回路の出力を制御端子に受けるトランジスタと、該トランジスタのソース端子もしくはエミッタ端子に接続され外部に抵抗素子が接続可能な第２の外部端子と、前記トランジスタに流れる電流を素子のサイズ比に応じて比例拡大して出力するカレントミラー回路と、を設け、前記トランジスタと前記第２の外部端子との接続ノードの電位を前記演算増幅回路の第２の入力端子にフィードバックするように構成しても良い。これにより、抵抗値調整回路を設けなくても外付け抵抗の抵抗値を適宜選択することで、出力電流値のずれを調整し、演算増幅回路のオフセットを小さくすることができるとともに、抵抗値調整回路を設けることに伴うヒューズ切断工程のような工程を追加する必要がなく、プロセスを簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に従うと、出力電流値のずれを調整することができるとともに、温度依存性が小さくかつ比較的大きな電流を出力することができる定電流回路を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明を適用した定電流回路の一実施形態を示す。特に限定されるものではないが、本実施形態では、図１に示されている各回路および素子は、一つの半導体チップ上に半導体集積回路として形成される。
【００１６】
本実施形態の定電流回路は、電源電圧端子ＶＤＤと接地点との間に直列に接続された定電流源ＣＳ０とトリミング抵抗回路ＴＲＣ１と、定電流源ＣＳ０とトリミング抵抗回路ＴＲＣ１との接続ノードＮ１の電位が非反転入力端子に印加されたオペアンプ（演算増幅回路）ＡＭＰと、該オペアンプＡＭＰの出力がゲート端子に印加されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ；以下ＭＯＳトランジスタと称する）Ｑ１と、を備え、該ＭＯＳトランジスタＱ１のソース電圧が上記オペアンプＡＭＰの反転入力端子にフィードバックされている。これにより、オペアンプＡＭＰは、ノードＮ１の電位とＭＯＳトランジスタＱ１のソース電圧（ノードＮ２の電位）とが同一電位となるように、Ｑ１のゲート端子を制御するように機能する。
【００１７】
また、本実施形態の定電流回路は、ＭＯＳトランジスタＱ１のソース端子と接地点との間に直列に接続された第２のトリミング抵抗回路ＴＲＣ２と、電源電圧端子ＶＤＤとＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン端子との間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ２と、該トランジスタＱ２のゲート端子にゲート端子が接続され、ソース端子が電源電圧端子ＶＤＤに接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ３とを備える。
【００１８】
トランジスタＱ２はゲートとドレインが結合されたいわゆるダイオード接続され、電流−電圧変換素子として機能し、変換された電圧がＭＯＳトランジスタＱ２とＱ３のゲート端子に印加されることでＱ２とＱ３はカレントミラー回路を構成している。
【００１９】
上記定電流源ＣＳ０は、２μＡ（マイクロアンペア）のような小さな電流を流し５０ｐｐｍ程度の小さな温度依存性を有するものが使用される。このような小電流で温度依存性の小さな定電流源としては、例えばバンドギャップ基準電圧回路等を使用して構成したもの、あるいは、ツェナーダイオードと該ツェナー電圧を入力とするオペアンプおよびオペアンプの出力をゲート端子に受けるＭＯＳトランジスタから構成された定電流回路が知られているので、そのような回路を使用することができる。
【００２０】
上記トリミング抵抗回路ＴＲＣ１は、基準となる抵抗Ｒ１と、該抵抗Ｒ１と直列に接続された調整用抵抗Ｒｔ１およびこれと並列に設けられたヒューズ素子Ｆ１などを備える。第２のトリミング抵抗回路ＴＲＣ２も同様に、基準となる抵抗Ｒ２と、該抵抗Ｒ２と直列に接続された調整用抵抗Ｒｔ２およびこれと並列に設けられたヒューズ素子Ｆ２などを備える。抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲｔ１，Ｒｔ２は、同一種類の抵抗である。ヒューズ素子Ｆ１，Ｆ２には、ポリシリコン層などから構成され、これに選択的にレーザーを照射あるいは電流を流すことで溶断可能にされたものが使用される。
【００２１】
図１においては、各トリミング回路ＴＲＣ１，ＴＲＣ２に対応して、調整用抵抗およびヒューズ素子が１組ずつ設けられているものを示したが、基準抵抗と直列に複数の調整用抵抗およびヒューズ素子を設け、より多段階に抵抗値を調整できるように構成しても良い。調整用抵抗Ｒｔ１，Ｒｔ２は、基準抵抗Ｒ１，Ｒ２に対してそれぞれ数％（例えば２％）程度の抵抗値を有するように設計される。
【００２２】
ここで、トリミング抵抗回路ＴＲＣ１を設けているのは、プロセスによって生じるオペアンプＡＭＰのオフセットのずれを補正できるようにするためである。一方、トリミング抵抗回路ＴＲＣ２を設けているのは、トランジスタＱ２とＱ３のサイズ比が設計値からずれてトランジスタＱ３より出力される電流の値が設計値からずれたとしても、これを補正できるようにするためである。
【００２３】
本実施形態の定電流回路では、上記基準抵抗Ｒ１，Ｒ２は、これらの抵抗に流したい電流の比に応じた抵抗比に設定される。具体的には、抵抗Ｒ１に流れる電流をＩ１、抵抗Ｒ２に流したい電流をＩ２とすると、Ｒ１：Ｒ２＝Ｉ２：Ｉ１、つまりＩ２＝５Ｉ１のときはＲ１＝５Ｒ２となるように設定される。そのため、オペアンプＡＭＰがノードＮ１の電位とＭＯＳトランジスタＱ１のソース電圧（ノードＮ２の電位）とが同一電位となるようにＱ１のゲート端子を制御することにより、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗比に応じて比例拡大した電流を抵抗Ｒ２およびトランジスタＱ２に流すことができる。
【００２４】
さらに、本実施形態の定電流回路では、定電流源ＣＳ０の電流値が２μＡ、ＭＯＳトランジスタＱ２とＱ３のサイズ比が１：４に設定されている。その結果、ＭＯＳトランジスタＱ３からはＬＥＤランプを駆動するのに必要な４０μＡのような電流Ｉｏｕｔが出力される。
【００２５】
本実施形態の定電流回路においては、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子側と反転入力端子側、すなわち電流の転写元と転写先にそれぞれ同一種類の抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲｔ１，Ｒｔ２が設けられているため、抵抗が３０００〜４０００ｐｐｍのような比較的大きな温度特性を有していたとしても、Ｒ１とＲ２、Ｒｔ１とＲｔ２の温度変動による電流値の変化が相殺される。そのため、出力電流Ｉｏｕｔの持つ温度特性は、定電流源ＣＳ０の持つ５０ｐｐｍの温度特性と同程度に抑えられるようになるという利点がある。
【００２６】
図２には、上記実施形態に係る定電流回路の変形例を示す。この変形例は、図１におけるノードＮ１とＮ２がそれぞれ接続される外部端子Ｐ１，Ｐ２を設けるとともに、抵抗Ｒ１，Ｒｔ２を外付けの抵抗Ｒｄ１として、また抵抗Ｒ２，Ｒｔ２を外付けの抵抗Ｒｄ２として、上記外部端子Ｐ１，Ｐ２とチップ外の接地点との間に接続したものである。
【００２７】
外付けの抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２には、同一種類の抵抗部品を使用する。また、抵抗Ｒｄ１は、オペアンプＡＭＰの有するオフセットを調べてそのオフセットを小さくするような抵抗値を有するものを使用し、抵抗Ｒｄ２は、トランジスタＱ２，Ｑ３の製造ばらつきによる電流比のずれを調べてそのずれを小さくするような抵抗値を有するものを使用する。これにより、図１の定電流回路と同様、出力電流値のずれを調整することができるとともに、温度依存性が小さな電流Ｉｏｕｔを出力することができる
図３には、上記実施形態を適用した定電流回路と図５の定電流回路について、温度依存性を検討した結果を示す。図３において、実線Ａは上記実施形態を適用した定電流回路の出力電流の温度特性、破線Ｂは図５の定電流回路の出力電流の温度特性をそれぞれ示す。図３より、上記実施形態を適用することによって、温度依存性が大幅に改善されることが分かる。
【００２８】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、定電流回路を構成するトランジスタＱ１〜Ｑ３としてＭＯＳトランジスタを使用したものを示したが、バイポーラ・トランジスタを使用するようにしてもよい。
【００２９】
また、前記実施形態においては、所望の電流を出力する定電流回路として構成した場合を説明したが、図１の回路において、トランジスタＱ３と直列に電流−電圧変換用のトランジスタと、該トランジスタとカレントミラー接続されたトランジスタとをさらに設けて、所望の電流を引き込む定電流回路として構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上の説明では、本発明をＬＥＤランプに駆動電流を流す定電流回路に適用した例を説明したが、本発明にそれに限定されるものではなく、定電流回路一般に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した定電流回路の一実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１の実施形態に係る定電流回路の変形例を示す回路構成図である。
【図３】実施形態を適用した定電流回路の温度依存性と図５の定電流回路について、温度依存性を示す特性図である。
【図４】従来の定電流回路の一例を示す回路図である。
【図５】本発明に先立って検討したＬＥＤランプの駆動電流を供給する定電流回路の構成を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
ＣＳ０  定電流源
ＡＭＰ  オペアンプ（演算増幅回路）
Ｒ１，Ｒ２  基準抵抗
Ｒｔ１，Ｒｔ２  トリミング用抵抗
Ｒｄ１，Ｒｄ２  外付け抵抗
Ｑ２，Ｑ３  カレントミラーを構成するトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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