(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源から負荷に、調整された電圧を供給するリニアレギュレータであって、
前記電圧源と前記負荷との間に接続され、出力が前記リニアレギュレータの出力に接続されたバイポーラデバイスと、
安定化した電圧を供給するように、前記バイポーラデバイスの出力と、参照電圧との間で負帰還するように接続された帰還増幅器と、
前記バイポーラデバイスのベースに接続された１：ｎカレントミラー回路と、
前記バイポーラデバイスの出力と、前記帰還増幅器の出力との間に設けられたキャパシタと、
前記帰還増幅器の出力に接続され、前記帰還増幅器の出力を増幅する第一の増幅器と、
前記第一の増幅器の出力と、前記１：ｎカレントミラー回路との間に設けられる第二の増幅器と、
を備え、
前記１：ｎカレントミラー回路は、カレントミラーのｎ側に設けられドレイン電流によって前記バイポーラデバイスの前記ベースの電位を定める第一のＭＯＳＦＥＴデバイスを含む、
ことを特徴とするリニアレギュレータ。
【請求項２】
前記電圧源と前記ベースとの間に接続される抵抗を更に備え、
前記第一のＭＯＳＦＥＴデバイスは、前記バイポーラデバイスの前記ベースに接続されたドレインと、前記第二の増幅器の出力に接続されたゲートを有する、
請求項１に記載のリニアレギュレータ。
【請求項３】
前記１：ｎカレントミラー回路は、カレントミラーの１側において第二のＭＯＳＦＥＴデバイスを有し、
前記リニアレギュレータは、前記第二のＭＯＳＦＥＴデバイスのゲート及びドレインと、前記第一のＭＯＳＦＥＴデバイスのゲートに接続される電流源を更に備える、
請求項２に記載のリニアレギュレータ。
【請求項４】
前記第一のＭＯＳＦＥＴデバイスはｎチャネル型である、
請求項１から３のいずれか一項に記載のリニアレギュレータ。
【請求項５】
前記バイポーラデバイスの前記出力に、前記負荷と並列に接続される負荷容量を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアレギュレータ。
【請求項６】
第１端子及び第２端子を有するキャパシタをさらに備え、
前記第１端子は接地電位に接続され、
前記第２端子は前記帰還増幅器の出力と前記第一の増幅器の入力との間に接続される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のリニアレギュレータ。
【請求項７】
前記第二の増幅器は、ゲートが前記第一の増幅器の出力に接続され、出力が前記１：ｎカレントミラー回路の入力に接続される第３のＭＯＳＦＥＴを含む、
請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアレギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に調整された電圧を供給するためのリニアレギュレータに関する。本発明は、特に周波数特性の良いリニアレギュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアレギュレータは、ソース電圧と（通常は）参照電圧とに基づいて、負荷に調整された電圧を供給するデバイスとしてよく知られている。
【０００３】
図１は、調整された電圧を負荷１２に印加するように、リニアレギュレータ１０がソース電圧Ｖ＋に接続され、また、参照電圧ＶＲＥＦが供給された従来の構成を示す。
【０００４】
図２は、従来のリニアレギュレータ１０を示す。図２に示すように、従来のリニアレギュレータ１０は、調整された出力電圧を供給するように、ソース電圧と負荷との間に接続されたバイポーラデバイス１２を含む。調整された出力電圧は、参照電圧ＶＲＥＦが供給された増幅器Ａ１を通る単位利得負帰還増幅回路により安定化される。容量性増幅回路１３は、帰還関係にあるバイポーラデバイスＢＰ１、増幅器Ａ１、及びキャパシタＣＭを含む。
【０００５】
図２に示すリニアレギュレータはいくつかの問題点を持つ。最も顕著なものは、リニアレギュレータ１０のロールオフ周波数特性は、負荷１２により引き出される電流の実際の値に強く依存する。従って、例えば、リニアレギュレータ１０の最高ロールオフ周波数は、バイポーラデバイスＢＰ２の内部抵抗及び浮遊容量（Ωπ及びＣπとして図示）に依存する。更に、付加容量ＣＬは、リニアレギュレータ１０の周波数応答にゼロを少なくとも１つ追加する小さな直列抵抗Ｒｓを含む。追加されたゼロの結果として、システムポールの電流依存性と同様に、負荷１２の電流範囲が小さく（例えば０から２００ミリアンペアの間）、また、負荷容量ＣＬが、直列抵抗Ｒｓが極めて小さい高品質なキャパシタでない限り、リニアレギュレータ１０は簡単に不安定になってしまう。
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるリニアレギュレータを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、電圧源から負荷に、調整された電圧を供給するリニアレギュレータであって、前記電圧源と前記負荷との間に接続され、出力が前記リニアレギュレータの出力に接続されたバイポーラデバイスと、調整された電圧を供給するように、前記バイポーラデバイスの出力と、参照電圧との間で負帰還するように接続された帰還増幅部と、前記調整された電圧と、前記バイポーラデバイスの出力との間に接続された容量増幅回路とを備え、前記容量増幅回路は、前記バイポーラデバイスのベースから前記出力に流れる電流を安定化させるように、前記バイポーラデバイスの前記ベースに接続された第１の電界効果トランジスタデバイスを有することを特徴とするリニアレギュレータを提供する。
【０００７】
前記容量増幅回路は、増幅部とキャパシタとを有し、前記増幅部の入力と、前記リニアレギュレータの出力との間において、前記増幅部と前記キャパシタとは帰還関係にあり、前記電界効果トランジスタデバイスは、前記バイポーラデバイスのベースに接続されたソースと、前記増幅部の出力に接続されたゲートとを有してもよい。
【０００８】
前記容量増幅回路は、１：ｎ電流ミラーを有してもよい。また、前記容量増幅回路は、増幅部とキャパシタとを有し、前記増幅部の入力と、前記リニアレギュレータの出力との間において、前記増幅部と前記キャパシタとは帰還関係にあり、前記容量増幅回路は、前記第１の増幅部と前記１：ｎ電流ミラーとをつなぐ共通ソース増幅器を有してもよい。
【０００９】
前記１：ｎ電流ミラーは、前記第１の電流効果型トランジスタデバイスと、第２の電界効果トランジスタデバイスとを含み、前記容量増幅回路は、電流源を含み、前記第１の電界効果トランジスタデバイスは、前記バイポーラデバイスのベースに接続されたソースと、ゲートとを含み、前記電流源は、前記第２の電界効果トランジスタデバイスのゲート及びソース、並びに前記第１の電界効果トランジスタデバイスのゲートに接続されてもよい。また、前記第１の電界効果トランジスタデバイスは、ｎチャネル型であってよい。
【００１０】
本発明の第２の形態によると、参照電圧に基づいて、負荷に調整電圧を供給するリニアレギュレータであって、前記参照電圧と前記調整電圧との差分に基づいて出力電圧を出力する増幅部と、前記出力電圧に応じてドレインからソースに流れる電流を制御する電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタの前記ドレインから前記ソースに流れる電流に応じて、前記調整電圧を出力するバイポーラデバイスとを備えたことを特徴とするリニアレギュレータを提供する。
【００１１】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図３は、本発明の一実施形態に係るリニアレギュレータ１００を示す。リニアレギュレータ１００は、バイポーラデバイスＢＰ２、増幅器Ａ1、抵抗器Ｒ１、キャパシタＣＬ、及び容量増幅回路１０３を備える。リニアレギュレータ１００は、当該リニアレギュレータ１００において調整された出力電圧である調整出力電圧を負荷１２に供給するように、電圧源Ｖ＋に接続される。また、リニアレギュレータ１００は、負荷１２により引き出される電流の周波数誘導による変化を補償するために、負荷容量ＣＬをリニアレギュレータ１００の出力に対して並列に有してもよい。
【００１４】
増幅器Ａ１は、調整出力電圧と参照電圧ＶＲＥＦとを受け取る。本例において参照電圧ＶＲＥＦは、略一定の電圧値を示す。また、参照電圧ＶＲＥＦは、リニアレギュレータ１００が出力すべき電圧に応じて設定されるのが好ましい。調整出力電圧は、出力電圧のレベルを設定するように、参照電圧ＶＲＥＦに対して負帰還関係となるように増幅器Ａ１の供給されるのが望ましい。即ち、増幅器Ａ１は、参照電圧ＶＲＥＦを非反転入力に受け取り、調整出力電圧を反転入力に受け取るのが望ましい。
【００１５】
増幅器Ａ１の出力は、バイポーラデバイスＢＰ２のベースからコレクタへ流れる電流を安定化させるように配置された容量増幅回路１０３に供給される。本例において増幅器Ａ１は、受け取った調整出力電圧と参照電圧ＶＲＥＦとの差分に基づいて出力電圧を生成する。そして増幅器Ａ１は、バイポーラデバイスＢＰ２のベースからコレクタへ流れる電流を安定化させるように配置された容量増幅回路１０３に出力電圧を供給する。
【００１６】
容量増幅回路１０３は、増幅器Ａ３、電界効果トランジスタデバイス１０１、並びにキャパシタＣＭ及びＣＩを有する。増幅器Ａ３は、入力が増幅器Ａ１の出力に電気的に接続されており、増幅器Ａ１の出力電圧を受け取る。そして受け取った出力電圧を増幅して電界効果トランジスタ１０１に供給する。
【００１７】
電界効果トランジスタデバイス１０１は、ドレインが電圧源Ｖ＋に電気的に接続され、ソースがグランドに電気的に接続されており、増幅器Ａ１の出力電圧に応じて、ドレインからソースに流れる電流を制御する。本例において、電界効果トランジスタデバイス１０１は、ゲートが増幅器Ａ３の出力に電気的に接続されており、増幅器Ａ３の出力電圧に応じて、ドレインからソースに流れる電流を制御する。また、電界効果トランジスタデバイス１０１は、ｎチャネル型電界効果トランジスタであることが望ましい。また、電界効果トランジスタデバイス１０１は、ｐチャネル型電界効果トランジスタであってもよい。
【００１８】
バイポーラデバイスＢＰ２は、負荷１２に調整出力電圧を供給するように、エミッタが電圧源Ｖ＋に電気的に接続され、コレクタがリニアレギュレータ１００の出力に電気的に接続される。そして、バイポーラデバイスＢＰ２は、電界効果トランジスタデバイス１０１のドレインからソースに流れる電流に応じて、コレクタから調整出力電圧を出力する。即ち、電界効果トランジスタデバイス１０１は、バイポーラデバイスＢＰ２のベースからコレクタに流れる電流を安定化させる。このため、本実施形態によれば、周波数特性が極めて良いリニアレギュレータを得ることができる。
【００１９】
本例においてバイポーラデバイスＢＰ２は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタであって、ベースが電圧源Ｖ＋及び電界効果トランジスタデバイス１０１のドレインに電気的に接続される。また、本例において電界効果トランジスタデバイス１０１のドレインは、抵抗器Ｒ１を介して電圧源Ｖ＋に電気的に接続されており、バイポーラデバイスＢＰ２のベースは、抵抗器Ｒ１と当該ドレインとの間において、電圧源Ｖ＋及び電界効果トランジスタデバイス１０１と電気的に接続される。
【００２０】
キャパシタＣＭ（典型的には１０から２０ピコファラド）は、リニアレギュレータ１００の出力と、増幅部Ａ３の入力との間に設けられる。また、増幅器Ａ１の出力と増幅器Ａ３の入力との間に、一端がグランドに電気的に接続されたキャパシタＣＩを設けてもよい。
従来のリニアレギュレータの周波数特性は、電流値に比例する。一方、本実施形態のリニアレギュレータの周波数特性は、電流の平方根に比例する。
【００２１】
図４は、リニアレギュレータ１００の他の例を示す。図３において説明した構成と同一の構成については説明を省略する。本例におけるリニアレギュレータ１００は、電流源Ｉ１、電界効果トランジスタ１１２、及び電流ミラー回路を備える。また、電流ミラー回路は１：ｎ電流ミラー回路であって、電界効果トランジスタ１１１及び１１３を有する。
【００２２】
電界効果トランジスタ１１３は、共通ドレイン増幅器であることが好ましい。本例において電界効果トランジスタ１１３は、ゲート及びドレインが、電流源Ｉ１に電気的に接続され、ソースがグランドに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１１３のドレインは、電界効果トランジスタ１１２のドレインに電気的に接続される。即ち、電流源Ｉ１は、電界効果トランジスタ１１２のドレイン、並びに電界効果トランジスタ１１３のドレイン及びゲートに電流及び／又は電圧を供給する。
【００２３】
電界効果トランジスタ１１１は、ドレインが電圧源Ｖ＋に電気的に接続され、ソースがグランドに電気的に接続される。本例において電界効果トランジスタ１１１のドレインは、抵抗器Ｒ１を介して電圧源Ｖ＋に接続される。
【００２４】
電界効果トランジスタ１１１のゲートは、電流源Ｉ１及び電界効果トランジスタ１１３のゲートに電気的に接続される。そして、電界効果トランジスタ１１３のゲートに印加される電圧値に応じて、電界効果トランジスタ１１１はドレインからソースに流れる電流を制御する。
【００２５】
電界効果トランジスタ１１１のドレインは、バイポーラデバイスＢＰ２のベースに電界的に接続される。そして、バイポーラデバイスＢＰ２は、電界効果トランジスタデバイス１１のドレインからソースに流れる電流量に応じて、リニアレギュレータ１００の出力電圧を調整する。
【００２６】
図５は、図４のリニアレギュレータにおける第２の非支配ポールと負荷電流ＩＬＯＡＤとの関係を示す。図４に示す構成によれば、第２の非支配ポール（Ｐ２）は、キャパシタＣＬにより負荷電流ＩＬＯＡＤの関数として周波数においてω１まで直線的に増加する。そしてポールＰ２は、周波数ω１に達した後、負荷電流ＩＬＯＡＤが増加しているにも関わらず、負荷電流ＩＬＯＡＤの平方根に従って周波数において減少する。従って、本実施形態によれば、ポールＰ２の変動（又は変動の範囲）を制限することができる。
【００２７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば周波数特性の良いリニアレギュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリニアレギュレータを示す。
【図２】従来のリニアレギュレータ１０を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係るリニアレギュレータ１００を示す。
【図４】本発明の他の形態に係るリニアレギュレータを示す。
【図５】負荷電流とポールとの関係を示す。
【符号の説明】
１２      負荷                          １００    リニアレギュレータ
１０１    電界効果トランジスタ        １０３    容量増幅回路
【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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