(57)【要約】【課題】  本発明は、被バイアスのＭＯＳトランジスタを電源電圧、温度、プロセスバラツキ等によらず一定とすることができるバイアス電圧回路を提供することを目的とする。【解決手段】  第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２を含み、該第１のＭＯＳトランジスタ及び該第２のＭＯＳトランジスタから被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２にバイアス電圧Ｖｂを供給するバイアス回路であって、  前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインに、等しい電流を供給する等電流供給回路１０と、  前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインに共通に接続され、前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧出力線ｂｉａｓｎと、  前記第１のＭＯＳトランジスタのソースとグランドとの間に接続され、線形領域で動作する駆動電圧がゲートに印加される第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３と、を含む。【選択図】  図４
2010192982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＭＯＳトランジスタ及び第２のＭＯＳトランジスタを含み、該第１のＭＯＳトランジスタ及び該第２のＭＯＳトランジスタから被バイアスＭＯＳトランジスタにバイアス電圧を供給するバイアス回路であって、
前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインに、等しい電流を供給する等電流供給回路と、
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインに共通に接続され、前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧出力線と、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソースとグランドとの間に接続され、線形領域で動作する駆動電圧がゲートに印加される第３のＭＯＳトランジスタと、を含むことを特徴とするバイアス回路。
【請求項２】
前記駆動電圧は、閾値電圧とドレイン・ソース間電圧の和よりも高い電圧であることを特徴とする請求項１に記載のバイアス回路。
【請求項３】
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート幅対ゲート長の比の値が、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート幅対ゲート長の比の値の４倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイアス回路。
【請求項４】
前記等電流供給回路は、第４のＭＯＳトランジスタ及び第５のＭＯＳトランジスタを有するカレントミラー回路を含み、
前記第３のＭＯＳトランジスタは、前記第４のＭＯＳトランジスタ及び前記第５のＭＯＳトランジスタよりも、前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記第２のＭＯＳトランジスタに電子移動度及びゲート酸化膜容量特性が近似していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバイアス回路。
【請求項５】
前記第１のＭＯＳトランジスタ、前記第２のＭＯＳトランジスタ及び前記第３のＭＯＳトランジスタは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至４に記載のバイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイアス回路に関し、特に、第１のＭＯＳトランジスタ及び第２のＭＯＳトランジスタからバイアス電圧を出力するバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被バイアスＭＯＳトランジスタに供給するバイアス電圧を発生させるバイアス回路において、バイアス回路におけるｇｍ（相互コンダクタンス、トランスコンダクタンス）を一定とし、一定のバイアス電圧を発生させるＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
かかるＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路においては、電源電圧が変動しても、ｇｍを一定とすることができ、電流・電圧増幅率を一定とすることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】John M. Steininger、”Understanding Wide-band MOS Transistors”、 Circuits and Devices、P. 26-31、May 1990
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、ｇｍを一定にする用途では目的を果たすことができるが、ｇｍよりも、オーバードライブ電圧を一定にしたい場合には、対応することができない。バイアス回路は、用途に応じて求められる特性も異なり、例えば、電流・電圧増幅率の安定よりも、ＭＯＳトランジスタの動作範囲での安定的な動作が求められ、被バイアスＭＯＳトランジスタのオーバードライブ電圧を一定とするバイアス回路が求められる場合がある。かかる場合に、特許文献１に記載の構成では、オーバードライブ電圧が、温度変化、ＭＯＳトランジスタの製造プロセスのバラツキ等に依存してしまい、ＭＯＳトランジスタのオーバードライブ電圧を一定とし、被バイアスのＭＯＳトランジスタを安定動作させるという目的が達成できないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、被バイアスのＭＯＳトランジスタを電源電圧、温度、プロセスバラツキ等によらず一定とすることができるバイアス電圧回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るバイアス回路は、第１のＭＯＳトランジスタ及び第２のＭＯＳトランジスタを含み、該第１のＭＯＳトランジスタ及び該第２のＭＯＳトランジスタから被バイアスＭＯＳトランジスタにバイアス電圧を供給するバイアス回路であって、
前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインに、等しい電流を供給する等電流供給回路と、
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインに共通に接続され、前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧出力線と、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソースとグランドとの間に接続され、線形領域で動作する駆動電圧がゲートに印加される第３のＭＯＳトランジスタと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
これにより、出力するバイアス電圧を、電子移動度とゲート酸化膜容量特性に依存しない電圧特性とすることができ、電源電圧、温度の変動や、製造プロセスによるバラツキに依存しない安定したバイアス電圧を発生させることができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に係るバイアス回路において、
前記駆動電圧は、閾値電圧とドレイン・ソース間電圧の和よりも高い電圧であることを特徴とする。
【００１０】
これにより、第３のＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させることができ、出力するバイアス電圧の電子移動度とゲート酸化膜容量特性への依存をキャンセルすることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るバイアス回路において、
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート幅対ゲート長の比の値が、前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート幅対ゲート長の比の値の４倍であることを特徴とする。
【００１２】
これにより、バイアス電圧の電子移動度とゲート酸化膜容量特性への依存をキャンセルするバイアス回路の設計を容易にすることができる。
【００１３】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るバイアス回路において、
前記等電流供給回路は、第４のＭＯＳトランジスタ及び第５のＭＯＳトランジスタを有するカレントミラー回路を含み、
前記第３のＭＯＳトランジスタは、前記第４のＭＯＳトランジスタ及び前記第５のＭＯＳトランジスタよりも、前記第１のＭＯＳトランジスタ及び前記第２のＭＯＳトランジスタに電子移動度及びゲート酸化膜容量特性が近似していることを特徴とする。
【００１４】
これにより、バイアス電圧の発生に直接的に関係する第１のＭＯＳトランジスタ及び第２のＭＯＳトランジスタに、第３のＭＯＳトランジスタの特性を近似させ、バイアス電圧の電子移動度及びゲート酸化膜容量特性を確実にキャンセルし、被バイアスＭＯＳトランジスタのオーバードライブ電圧を一定とすることができる。
【００１５】
第５の発明は、第１〜４の発明に係るバイアス回路において、
前記第１のＭＯＳトランジスタ、前記第２のＭＯＳトランジスタ及び前記第３のＭＯＳトランジスタは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被バイアスＭＯＳトランジスタに、オーバードライブ電圧を一定とするバイアス電圧を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バイアス電圧の供給対象となるＭＯＳトランジスタの一例を示した図である。
【図２】被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２へのバイアス電圧供給例を示した図である。
【図３】参考例のＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の回路構成例を示した図である。
【図４】本実施例に係るバイアス回路の回路構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１９】
図１は、本発明を適用した実施例に係るバイアス回路が発生したバイアス電圧を供給する対象となるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタの一例を示した図である。図１において、ＮチャネルＭＯＳトランジスタであるＭＯＳトランジスタＭ１の回路図の一例が示されている。ＭＯＳトランジスタＭ１は、ゲート・ソース間電圧をＶｇｓ、閾値電圧をＶｔｈ、ドレイン・ソース間電圧をＶｄｓ、オーバードライブ電圧をＶｏｖとすると、Ｖｇｓ＝Ｖｔｈ＋Ｖｏｖとなるときに駆動し、ドレイン・ソース間にＶｄｓが発生する。
【００２０】
ここで、ＭＯＳトランジスタＭ１のオーバードライブ電圧Ｖｏｖを一定とするように、駆動電圧を供給することが求められる用途がある。この場合、例えば、ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓの要求範囲において、電源電圧の変動、温度変化、製造プロセスのばらつき等の条件に依存せず、ＭＯＳトランジスタＭ１を飽和領域で動作させることが求められる。例えば、ＭＯＳトランジスタＭ１がオペアンプ等の用途で用いられる場合には、ＭＯＳトランジスタＭ１のオーバードライブ電圧を一定とし、ＭＯＳトランジスタＭ１を確実に飽和領域で動作させることが求められる。
【００２１】
式（１）及び式（２）は、ＭＯＳトランジスタＭ１を飽和領域で動作させるための駆動電圧に求められる条件である。
【００２２】
【数１】
2010192982.tif 000003
【００２３】
式（１）及び式（２）に示されるように、オーバードライブ電圧Ｖｏｖが０より大きく、かつ、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓがオーバードライブ電圧Ｖｏｖより大きいことが条件として要求される。
【００２４】
図２は、バイアス回路により、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２にバイアス電圧を供給する場合の一例を示した図である。図２において、バイアス回路（図示せず）から、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２にバイアス電圧ｂｉａｓｎが供給されている。ここで、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２の閾値電圧をＶｔｈ、オーバードライブ電圧をＶｏｖ（ｂｉａｓ）とすると、バイアス電圧は、ｂｉａｓｎ＝Ｖｔｈ＋Ｖｏｖ（ｂｉａｓ）である。また、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓも、バイアス電圧ｂｉａｓｎと等しく、式（３）のように示される。
【００２５】
【数２】
2010192982.tif 000004
【００２６】
ここで、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のトランスコンダクタンスｇｍを一定にするＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路が従来から知られている。本実施例に係るバイアス回路とは、その目的及び構成を異にするバイアス回路であるが、本実施例に係るバイアス回路を説明する上で、前提として説明した方が本実施例に係るバイアス回路を理解し易いので、以下、Ｃｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の構成及び動作について説明する。
【００２７】
［参考例］
図３は、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路（以下、「相互コンダクタンス補償バイアス回路」とも呼ぶ。）の回路構成の一例を示した図である。図３に示すＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路は、等電流供給回路１０と、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１と、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２と、抵抗Ｒｂとを備える。
【００２８】
等電流供給回路１０は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレインに等しい電流を供給するための回路である。東電流供給回路１０は、Ｐチャネル型の第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４と、同様にＰチャネル型の第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５とを備えるカレントミラー回路として構成されている。
【００２９】
第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４及び第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のソースは、ともに電源供給線１１に接続されており、電源電圧Ｖｄｄがソースに供給されるようになっている。また、第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４のドレインは第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレイン、第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のドレインは第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のドレインに各々接続されている。また、第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４のゲート、第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のゲート及びドレインは、Ｐバイアス電圧出力線１２に接続されており、バイアス電圧ｂｉａｓｐが出力されるようになっている。第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４及び第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のドレインからは、等しい電流Ｉｂが出力され、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２及び第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のドレインにともに等しい電流Ｉｂが供給される。
【００３０】
第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２は、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタである。第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート及びドレインは、Ｎバイアス電圧出力線２０に共通に接続されている。Ｎバイアス電圧出力線２０からは、バイアス電圧ｂｉａｓｎが出力され、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２にバイアス電圧ｂｉａｓｎが供給される。
【００３１】
第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のソースとグランドＧｎｄとの間には、抵抗Ｒｂが挿入接続されている。参考例に係るバイアス回路においては、抵抗Ｒｂにより、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２の相互コンダクタンスｇｍを一定にする。
【００３２】
次に、かかる構成を有する参考例に係る相互コンダクタンス補償バイアス回路において、バイアス電圧ｂｉａｓｎを導出する。まず、ＭＯＳトランジスタＭ１が飽和領域で動作しているときのモデル式として、式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が知られている。
【００３３】
【数３】
2010192982.tif 000005
【００３４】
以下、式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて、参考例に係る相互コンダクタンス補償バイアス回路のバイアス電圧ｂｉａｓｎを導出する。まず、バイアス電圧ｂｉａｓｎは、ＭＯＳトランジスタＭＢ２のＶｇｓであるから、式（４）のように表される。
【００３５】
【数４】
2010192982.tif 000006
【００３６】
次に、式（４）において示されたＶｏｖ（ＭＢ２）を導出する。図３において、抵抗Ｒｂの両端にかかる電圧ＶＲｂは、式（５）のように表される。
【００３７】
【数５】
2010192982.tif 000007
【００３８】
式（５）に、式（Ａ）を代入すると、式（６）のようになる。そして、式（６）は最終的に、式（７）のようになる。
【００３９】
【数６】
2010192982.tif 000008
【００４０】
一方、図３において、ＶＲｂ＝Ｉｂ×Ｒｂであるから、式（８）のように表せる。
【００４１】
【数７】
2010192982.tif 000009
【００４２】
ここで、式（８）に式（７）を代入すると、式（９）のように表せる。
【００４３】
【数８】
2010192982.tif 000010
【００４４】
ここで、式（９）に、式（Ｂ）を代入すると、式（１０）が得られる。
【００４５】
【数９】
2010192982.tif 000011
【００４６】
式（１０）により、抵抗Ｒｂを一定とすることにより、相互コンダクタンスｇｍを一定とすることができることが分かる。また、ここで、式（Ｃ）より、相互コンダクタンスｇｍは、式（１１）のように表せる。
【００４７】
【数１０】
2010192982.tif 000012
【００４８】
ここで、式（１０）を式（１１）に代入すると、式（１２）が得られる。
【００４９】
【数１１】
2010192982.tif 000013
【００５０】
よって、式（１２）より、バイアス電圧ｂｉａｓｎは、式（１３）のようになる。
【００５１】
【数１２】
2010192982.tif 000014
【００５２】
以上より、Ｃｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路は、式（１３）で示されるバイアス電圧を出力し、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２に供給する。被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２の相互コンダクタンスｇｍは、式（１０）に示したように、ｇｍ＝１／Ｒｂとして、相互コンダクタンスｇｍを一定とすることができる。
【００５３】
しかしながら、ここで、式（１３）より、Ｃｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路で被バイスＭＯＳトランジスタＭ２のオーバードライブ電圧Ｖｏｖは、式（１４）のように表される。
【００５４】
【数１３】
2010192982.tif 000015
【００５５】
つまり、Ｃｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路から出力されるオーバードライブ電圧Ｖｏｖ（ｂｉａｓ）は、式（１５）のような関係がある。
【００５６】
【数１４】
2010192982.tif 000016
【００５７】
式（１４）、（１５）より、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のオーバードライブ電圧Ｖｏｖ＝Ｖｏｖ（ｂｉａｓ）は、温度、プロセスに依存する電子の移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘに依存し、一定とすることができない。よって、本発明を適用した実施例に係るバイアス回路においては、オーバードライブ電圧Ｖｏｖを、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘに依存しない関数とし、オーバードライブ電圧Ｖｏｖを一定とするバイアス回路を実現する。
【実施例】
【００５８】
図４は、本発明を適用した実施例に係るバイアス回路の回路構成の一例を示した図である。本実施例に係るバイアス回路は、等電流供給回路１０と、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１と、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２と、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３と、バイアス電圧出力線２０と、駆動装置３０とを備える。図４において、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路と同一の構成要素については、同一の参照符号を付している。よって、本実施例に係るバイアス回路は、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路と、等電流供給回路１０、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２及びバイアス電圧出力線２０において共通している。また、本実施例に係るバイアス回路は、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路と、抵抗Ｒｂの代わりに第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３が設けられ、更に駆動装置３０が設けられている点で異なっている。
【００５９】
等電流供給回路１０は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のドレインと、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレインに、等しい電流を供給するための回路である。等電流供給回路１０は、第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４と、第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５とを備えたカレントミラー回路として構成されている。第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４と、第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５は、ともにＰチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ともにソースが電源供給線１１に接続されている。また、電源供給線１１からは、電源電圧Ｖｄｄｄが供給されるようになっている。
【００６０】
第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４のゲートと、第５のＭＯＳトランジスタのゲート及びドレインは、Ｐバイアス電圧出力線１２に接続されて構成されている。Ｐバイアス電圧出力線１２は、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路との対比のために残してあるが、本実施例に係るＰバイアス電圧出力線１２からは、バイアス電圧は出力されない。よって、第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４のゲートと第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のゲート及びドレインの接続関係が保たれ、カレントミラー回路が構成されていれば、Ｐバイアス電圧出力線１２は無くてもよい。
【００６１】
第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４のドレインは、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレインに接続され、第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のドレインは、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のドレインに接続されている。第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４及び第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５のドレインからは、ともに等しく電流Ｉｂが出力され、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレインに、等しい電流Ｉｂを供給できるようになっている。
【００６２】
なお、図４においては、Ｐチャネル型の第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４及び第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５を用いたカレントミラー回路により等電流供給回路１０を構成しているが、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のドレインに等しい電流を供給できる回路であれば、種々の構成を用いることができる。例えば、等電流供給回路１０を、カスコードのカレントミラー回路に構成してもよく、等電流供給回路１０は、用途に応じて適切な回路を用いるようにしてよい。
【００６３】
第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２は、バイアス電圧を出力するＭＯＳトランジスタであり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタが適用されている。第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート、第２のＭＯＳトランジスタＭＯＢ２のゲート及びドレインは、Ｎバイアス電圧出力線２０（以下、単に「バイアス電圧出力線２０」とも呼ぶ。）に接続されている。バイアス電圧出力線２０は、本実施例に係るバイアス回路で発生したバイアス電圧を、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２に供給するための出力線であり、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２に接続された他方の端部は、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに接続されている。
【００６４】
本実施例に係るバイアス回路において、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値は、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅Ｗ対ゲート長Ｌの比の値Ｗ／Ｌの４倍、つまり４Ｗ／Ｌである。参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の説明の式（５）〜（７）において、ＶＲｂの算出を行っているが、式（６）の具体的な計算の際に、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値４Ｗ／Ｌが、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅対ゲート長の比の値Ｗ／Ｌの、２以上の整数の２乗倍であると、平方根の開根値が整数となるため計算が容易であり、設計が容易になるという利点がある。本実施例に係るバイアス回路においては、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値が、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値Ｗ／Ｌの２２＝４倍となっているが、例えば、３２＝９倍となるように構成してもよい。このような設定としても、バイアス電圧の計算を容易にし、バイアス回路の設計を容易にすることができる。
【００６５】
但し、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２と第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値の関係は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値が、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅対ゲート長の比の値の２以上の整数の自乗倍であれば、計算及び設計が容易になるという利点を有するが、このような設定の仕方に限定するものではなく、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１と第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅対ゲート長の比の値Ｗ／Ｌの関係は、任意に設定してよい。図４においては、最も計算及び設計が容易な例として、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値４Ｗ／Ｌが、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ１のゲート幅対ゲート長の比の値Ｗ／Ｌの４倍である例を挙げて説明している。
【００６６】
第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、バイアス回路で生成されるバイアス電圧の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの依存をキャンセルするために設けられた素子である。第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のソースとグランドＧｎｄとの間に挿入接続されて設けられる。第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のドレインは、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１のソースに接続され、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のソースは、グランドＧｎｄに接続される。つまり、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の抵抗Ｒｂが配置された位置に、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は配置されている。
【００６７】
第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は、線形領域で動作される。詳細は後述するが、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させることにより、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の式（１４）で示したバイアス電圧ｂｉａｓｎから、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの成分を相殺することができる。
【００６８】
第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳとランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘと近似した電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘを有することが好ましい。これにより、バイアス電圧ｂｉａｓｎから、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの成分の相殺をより確実に行うことができる。なお、この点についても、詳細は後述する。
【００６９】
駆動装置３０は、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させるための駆動手段である。駆動装置３０は、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させる範囲の電圧を第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のゲートに印加することができる駆動手段であれば、種々のドライバを適用することができる。例えば、駆動装置３０は、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の線形動作領域の範囲内の電圧を、安定的に固定して供給する固定電圧供給手段的なものであってもよいし、出力電圧を、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の線形動作領域の範囲内の電圧となるように制御できる可変電圧供給手段的なものであってもよい。なお、駆動装置３０から第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のゲートに印加される駆動電圧は、Ｖｂで表すものとする。
【００７０】
次に、かかる構成を有する本実施例に係るバイアス回路において、バイアス電圧ｂｉａｓｎを導出する。
【００７１】
線形領域での第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の抵抗値Ｒ（ＭＢ３）は、式（１６）にように表される。
【００７２】
【数１５】
2010192982.tif 000017
【００７３】
式（１６）は、ＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させる場合のＭＯＳトランジスタの抵抗値を示す一般式と同じ式である。本実施例に係るバイアス回路においては、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は線形領域で駆動されるので、式（１６）を適用することができる。
【００７４】
次いで、式（１６）を、参考例に係るＣｏｎｓｔａｎｔ−Ｇｍバイアス回路の説明で導出した式（１３）に代入すると、式（１７）が得られる。
【００７５】
【数１６】
2010192982.tif 000018
【００７６】
式（１７）の計算過程で分かるように、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘが分母と分子で相殺し、最終的に、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘのいずれも変数として含まないバイアス電圧ｂｉａｓｎが得られる。また、式（１７）より、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２と本実施例に係るバイアス回路の第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の閾値電圧Ｖｔｈが等しいとすると、式（１８）のように、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のオーバードライブ電圧Ｖｏｖが求められる。このように、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２のオーバードライブ電圧Ｖｏｖが、電子移動度μｎ、ゲート酸化膜容量Ｃｏｘに依存せずに、一定となるバイアス電圧ｂｉａｓｎを発生させることが可能となる。
【００７７】
ここで、式（１３）の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘは、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘを用いて表された式であった。一方、式（１６）で表された電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘは、厳密には、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘを用いて示された式である。よって、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの特性は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの特性と同じか近似していることが好ましい。これにより、理論的に厳密に式（１７）を導出することができ、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの依存が全く無いバイアス回路とすることができる。
【００７８】
しかしながら、実際には、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の電子移動度μｎ及びゲート容量酸化膜Ｃｏｘと、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘは、厳密に同じでなくても、素子として同じＭＯＳトランジスタであれば、抵抗Ｒｂを設けた場合と比較すれば、それだけでも十分な相殺効果は得られ、ほぼ式（１７）に従ったバイアス電圧ｂｉａｓｎが得られる。よって、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘ特性により近似した特性を有することが好ましく、少なくとも、第４のＭＯＳトランジスタＭＢ４及び第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘ特性よりは、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘ特性に近似した特性を有する。また、より好ましくは、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜量Ｃｏｘの特性は、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１及び第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２の電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘの特性と同一の特性を有するように構成してよい。
【００７９】
次に、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させるための駆動装置３０からの出力される駆動電圧Ｖｂの条件を導出する。まず、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させるための駆動電圧Ｖｂの条件は、ＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させるための一般式から、式（１９）、かつ、式（２０）として表される。
【００８０】
【数１７】
2010192982.tif 000019
【００８１】
つまり、式（１９）より、駆動電圧が第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の閾値電圧Ｖｔｈより大きいことが必要であり、かつ、式（１２）より、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のオーバードライブ電圧Ｖｏｖ（ＭＢ３）が、ドレイン・ソース間電圧よりも大きいことが要求される。式（１９）は、ほぼ総てのＭＯＳトランジスタに共通な動作条件であり、また、閾値電圧Ｖｔｈは、ほぼ総てのＭＯＳトランジスタで共通であるので、特に第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の閾値電圧を区別して表記は行っていない。一方、式（２０）は、ＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させる場合と反対の条件であり、ＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させる場合の式（２）の条件式と、不等号の向きを反対とした式である。
【００８２】
ここで、式（２０）の両辺にＶｔｈを加えて、左辺のＶｔｈを消去すると、式（２１）が得られ、かつ、式（２１）は、式（１９）の条件も満たしている。
【００８３】
【数１８】
2010192982.tif 000020
【００８４】
よって、式（２１）より、駆動装置３０から第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のゲートに印加される駆動電圧Ｖｂは、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３の閾値電圧Ｖｔｈとドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（ＭＢ３）の和よりも高い電圧であればよく、駆動電圧Ｖｂが式（２１）の条件を満たすときに、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３は線形領域で動作する。
【００８５】
次に、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のサイズの制約条件を導出する。まず、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（ＭＢ３）は、式（７）より、式（２２）のように求まる。
【００８６】
【数１９】
2010192982.tif 000021
【００８７】
式（２０）に式（２２）を代入し、更に式（１８）を代入すると、式（２３）が得られる。
【００８８】
【数２０】
2010192982.tif 000022
【００８９】
そして、式（２３）を整理すると、式（２４）が得られる。式（２４）より、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３のゲート幅対ゲート長の比の値（Ｗ／Ｌ）ＭＢ３は、第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅対ゲート長の比の値（Ｗ／Ｌ）の２倍以下であることが要求されることが分かる。このように、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３を線形領域で動作させるためには、第３のＭＯＳトランジスタＭＢ３が、サイズ上の制約を受けることが分かる。
【００９０】
今まで説明したように、本実施例に係るバイアス回路によれば、電子移動度μｎ及びゲート酸化膜容量Ｃｏｘに依存せず、被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２に供給するバイアス電圧を発生させることができ、電源電圧Ｖｄｄ及び温度の変動、製造プロセスのバラツキ等に依存せずに、安定的に被バイアスＭＯＳトランジスタＭ２を飽和領域で動作させるバイアス電圧を供給することができる。
【００９１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。特に、等電流供給回路１０の形態や、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１と第２のＭＯＳトランジスタＭＢ２のゲート幅対ゲート長の比の値は、用途に応じて、適宜変更してよい。また、本実施例においては、便宜上、第１のＭＯＳトランジスタＭＢ１〜第５のＭＯＳトランジスタＭＢ５と表記して説明したが、それらの表記は任意に入れ換えが可能であり、回路構成が実質的に同一であれば、本発明の範囲に含まれることが言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、ＭＯＳトランジスタにバイアス電圧を供給するバイアス回路に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０    等電流供給回路
１１    電源供給線
１２    Ｐバイアス電圧出力線
２０    Ｎバイアス電圧出力線（バイアス電圧出力線）
３０    駆動装置
Ｍ１、Ｍ２、ＭＢ１、ＭＢ２、ＭＢ３、ＭＢ４、ＭＢ５    ＭＯＳトランジスタ
【図１】
2010192982.tif 000023
【図２】
2010192982.tif 000024
【図３】
2010192982.tif 000025
【図４】
2010192982.tif 000026