(57)【要約】【課題】消費電力を削減しつつ高速化を行うことができるカレントミラー回路を提供する。【解決手段】電流源とカレントミラー回路の電流受部の接続Ａ点に、カレントミラー回路の抵抗との抵抗比によって分配率を任意に設定可能な電流分配を目的とし、カレントミラー回路の電流受部と同様の構成を持ったＳＷ１によって切り離しが可能な電流分配回路１を接続し、カレントミラー回路でミラーされた電流Ｉ３と負荷抵抗Ｒ４の積で決まる基準電圧Ｖrefを、電流分配回路１がオン／オフされる各モードによって、一定に保つため電流分配率に応じて負荷抵抗Ｒ４の抵抗値を可変するため、ＳＷ２により負荷抵抗Ｒ７を切り離し可能に構成して、消費電力を削減しつつ高速リカバリ時間を実現する。【選択図】図１
2005184654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流源の電流をミラーするカレントミラー回路であって、前記カレントミラー回路の電流受部と前記電流源の接続点に前記カレントミラー回路の抵抗との抵抗比によって分配率を任意に設定した電流分配を目的とし、前記カレントミラー回路の前記電流受部と同様の構成を持った第１のスイッチによって切り離しが可能な第１の電流分配手段を備え、前記カレントミラー回路でミラーされた電流を出力するトランジスタと接地との間に電流電圧変換を目的とした第１の負荷抵抗が接続され、前記第１の負荷抵抗によって作られる基準電圧が各モードによって一定値となるように、前記第１の負荷抵抗の抵抗値を電流分配率に応じて可変する第２のスイッチが、一端を前記第１の負荷抵抗と前記トランジスタとの接続点に接続し、かつ他端が接地された第２の負荷抵抗に他端を接続しており、第１のスイッチによって前記各モードが前記電流分配手段のオン／オフのどちらであっても前記基準電圧を同電圧とすることを特徴とするカレントミラー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路において低消費電力モードを含むモード切り替え機能を有しモード切り替え時の高速動作回復時間（以下、高速リカバリ時間という）と低消費電力を備えた高速リカバリ時間に対応したカレントミラー回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下に、従来の低消費電力型のカレントミラー回路について説明する。
【０００３】
図３に従来の低消費電力機能付きのカレントミラー回路の構成図を示す。図３において、２は電流源、３はアンプ、Ｃ１はカレントミラー回路の発振防止またはそのノードにつく寄生容量を意味し、カレントミラー回路は一般的によく知られているものである。図３に示すように、電流源２、カレントミラー回路の電流受部、及び寄生容量Ｃ１が接続され、さらに低消費電力モード時にＶＣＣからカレントミラー回路を介さず電流源２の電流を供給するためのＳＷ（スイッチ）３の一端が接続され、ＳＷ３の他端はＶＣＣに接続される。
【０００４】
ミラーされた電流を出力するトランジスタＱ３のコレクタには対接地（ＧＮＤ）間に電流電圧変換のための負荷抵抗Ｒ６が接続され、この負荷抵抗Ｒ６で変換された電圧Ｖrefがアンプ３の基準電圧として利用される。
【０００５】
以下にその動作を説明する。制御信号ＶctrlによってＳＷ３のオン／オフ制御が行われ、ＳＷ３がオン時はカレントミラー回路の電流受部である図３中のＡ点の電位がＶＣＣにショートされるため電流源２の電流Ｉ０はすべてカレントミラー回路を介さずＶＣＣから供給されることになる。
【０００６】
すなわち、Ｉ１＝０でＳＷ３の部分において電流はＩ２＝Ｉ０である。このとき、カレントミラー回路のミラー電流Ｉ３はゼロとなるため、アンプ３の入力の基準となる電圧はＶref＝Ｉ３×Ｒ６であり、Ｉ３＝０であるためＶref＝０であると同時にアンプ３も非動作状態となる。
【０００７】
次に、ＳＷ３がオフにモード変化した時、ＳＷ３の部分で電流がゼロとなり、カレントミラー回路の電流がＩ０となりミラー比を１で考えるとＩ３＝Ｉ０となってＶref＝Ｉ３×Ｒ６に回復し、アンプ３も通常アンプとしての動作をする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の構成では、モード切り替え時のリカバリ時間（動作回復時間）の高速性が要求される場合などは、リカバリ時間が遅いという欠点を有していた。以下にその動作を説明する。
【０００９】
図４は従来の図３に示す低消費電力型のカレントミラー回路の動作（ａ）〜（ｇ）を示すタイミングチャートである。ここでは動作説明の簡単化のためトランジスタＱ１及びＱ２はスイッチング動作（すなわち、Ａ点の電圧ＶＡが一定値に達してはじめて電流が流れる）と仮定している。
【００１０】
まず、図４（ａ）はＳＷ３の制御信号ＶctrlでありＳＷ３がオン→オフの切り替え入力をしている。図４（ｂ）に示すように、ＳＷ３がオン→オフに切り替わったあとＩ１がゼロからＩ０に切り替わる。また、図３中のＡ点の電位はＶＣＣからスタートして寄生容量Ｃ１に蓄えられた電荷は電流Ｉ１によって放電される。このＡ点の電位が一定値になるところまでの放電電圧、すなわち初期値と一定値との電圧差ΔＶＡは（数１）で表される。
【００１１】
【数１】
2005184654.tif 000003
図４（ｃ）にＶＡのタイミングを示す。図４（ｄ）はカレントミラー回路の電流受部の電流Ｉ４であり、ＳＷ３がオフしてから電圧ＶＡが前述のとおり一定値になった時点で電流が流れＩ４＝Ｉ０となる。図４（ｅ）はミラーされた電流Ｉ３で、ここではミラー比を１と仮定してＩ３＝Ｉ４＝Ｉ０となる。図４（ｆ）にアンプ３の各入力を示す。Ｖrefは電流Ｉ３と抵抗Ｒ６の積で決まりアンプの基準電圧として働く、一方ＶＩＮは入力電圧であり任意の波形が入力される。本説明では解りやすくするために正弦波の入力とした。
【００１２】
図４（ｇ）はアンプ３の出力であり、図４（ｆ）の波形における電圧Ｖrefが本来の動作電圧に回復してから出力信号が出始める。図４（ｇ）中のｔ２はリカバリ時間であり決定要因はＡ点電圧のリカバリ時間で、この時間は寄生容量Ｃ１と電流Ｉ０と電圧差ΔＶＡで決まり（数２）で表される。
【００１３】
【数２】
2005184654.tif 000004
本来はもっと複雑な式となるが本説明の目的は動作説明であるため前述のとおり簡素化のためＱ１及びＱ２はスイッチング動作を行うと仮定している。
【００１４】
結果として電圧差ΔＶＡによって決まるリカバリ時間ｔ２が、高速なリカバリ時間を要求される回路においては大きなリカバリ時間となってしまう。
【００１５】
また、リカバリ時間を高速にするために考えられる解決の手段の１つとしてＳＷ３を無くしカレントミラー回路に電流を常時流すことにより高速化は実施できるが、反面低消費電力化ができないという欠点を有する。
【００１６】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、消費電力も削減しつつ高速化を行うことができるカレントミラー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】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明のカレントミラー回路は、電流源の電流をミラーするカレントミラー回路であって、カレントミラー回路の電流受部と電流源の接続点にカレントミラー回路の抵抗との抵抗比によって分配率を任意に設定した電流分配を目的とし、カレントミラー回路の電流受部と同様の構成を持った第１のスイッチによって切り離しが可能な第１の電流分配手段を備え、カレントミラー回路でミラーされた電流を出力するトランジスタと接地との間に電流電圧変換を目的とした第１の負荷抵抗が接続され、第１の負荷抵抗によって作られる基準電圧が各モードによって一定値となるように、第１の負荷抵抗の抵抗値を電流分配率に応じて可変する第２のスイッチが、一端を第１の負荷抵抗とトランジスタとの接続点に接続し、かつ他端が接地された第２の負荷抵抗に他端を接続しており、第１のスイッチによって各モードが電流分配手段のオン／オフのどちらであっても基準電圧を同電圧とすることを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、電流源の電流をカレントミラー回路と第１のスイッチにより、カレントミラー回路の抵抗比で任意に設定した分配率で電流分配し、カレントミラー回路の電流を無くすのではなく減らすと同時に、基準電圧の負荷抵抗も電流分配比に応じて切り替える構成として、電流削減をしながら基準電圧を電流分配手段のオン／オフいずれかのモードに依存せずにほぼ一定に保つようにして、低消費電力と高速リカバリ時間を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、低電力モード時にカレントミラー回路の電流をゼロにするのではなく削減させることによってカレントミラー回路をオフ状態ではなくオン状態にして消費電力の削減と高速リカバリ時間を同時に実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態における低消費電力で高速リカバリ時間に対応のカレントミラー回路を示す構成図である。ここで、前記従来例を示す図３において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。
【００２２】
図１において、１は電流分配手段の電流分配回路、２は電流源、３はアンプ、Ｃ１はカレントミラー回路の発振防止またはそのノードにつく寄生容量を意味し、カレントミラー回路は一般的によく知られているものである。
【００２３】
図１に示すカレントミラー回路には、電流源２の電流をミラーするための一般的なカレントミラー回路と、電流源２とカレントミラー回路の接続点にカレントミラー回路の負荷抵抗との抵抗比によって分配率を任意に設定可能な電流分配を目的とし、カレントミラー回路の電流受部と同様の構成を持った第１のＳＷ１によって切り離しが可能な電流分配回路１が接続されている。
【００２４】
さらに、ミラーされた電流を出力するトランジスタＱ３と電流電圧変換を目的とした負荷抵抗が対接地間に接続され、第１の負荷抵抗Ｒ４によって作られる基準電圧が各モードによって一定値となるように、負荷抵抗を電流分配率に応じて可変する第２のＳＷ２の一端が第１の負荷抵抗Ｒ４とトランジスタＱ３との接続点に接続される。この第２のＳＷ２の他端は第２の負荷抵抗Ｒ７に接続され、さらに第２の負荷抵抗Ｒ７の他端は接地されており、第１のＳＷによって電流分配回路１がオン／オフのどちらであっても、第２のＳＷ２による第１，第２の負荷抵抗Ｒ４，Ｒ７の切り替えによって、基準電圧が同電圧となるようにする構成した低消費電力で高速リカバリ時間に対応のカレントミラー回路である。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態における低消費電力で高速リカバリ時間に対応のカレントミラー回路についてその動作を説明する。
【００２６】
制御信号ＶctrlによってＳＷ１のオン／オフ制御及びＳＷ２のオフ／オン制御が行われ、ＳＷ１がオン時ＳＷ２はオフであり、カレントミラー回路の電流受部の電流Ｉ１及び電流分配回路１の電流Ｉ２の比はトランジスタのＶｂｅを一定電圧で近似すると抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５の比で決定され（数３），（数４）で表される。
【００２７】
【数３】
2005184654.tif 000005
【００２８】
【数４】
2005184654.tif 000006
さらに、この時ＳＷ２はオフ状態にあるため電圧Ｖrefの決定要因の負荷抵抗はＲ４となり、電流Ｉ３は定常状態でＩ１＝Ｉ４＝Ｉ３であるためＶrefは（数５）で表される。
【００２９】
【数５】
2005184654.tif 000007
次に、ＳＷ１はオフ、ＳＷ２がオンの状態を考えると、電流源３の電流はすべてカレントミラー回路に流れるためＩ１＝Ｉ４＝Ｉ０となる。また、負荷抵抗はＳＷ２がオン状態のためＲ４とＲ７の並列抵抗をなりＶrefは（数６）で表される。
【００３０】
【数６】
2005184654.tif 000008
この２つの状態の電圧Ｖrefが同じ電圧となるようなＲ１とＲ５、Ｒ４とＲ７の比を決定することで各モードにおいて同電位にすることができる。
【００３１】
図２は本実施の形態における図１に示すカレントミラー回路の動作（ａ）〜（ｇ）を示すタイミングチャートである。なお、前述の従来例における説明と同様に動作説明の簡単化のためトランジスタＱ１及びＱ２はスイッチング動作（すなわち、Ａ点における電圧ＶＡが一定値に達してはじめて電流が流れる）と仮定している。
【００３２】
まず、図２（ａ）は各ＳＷの制御信号ＶctrlでありＳＷ１がオン→オフとＳＷ２のオフ→オンの切り替え入力をしている。図２（ｂ）に示すように、ＳＷ１がオン→オフに切り替わったあとＩ１が初期電流からＩ０に切り替わる、また、図１中のＡ点の電位は（数７），（数８）で表される電圧からスタートし、
【００３３】
【数７】
2005184654.tif 000009
【００３４】
【数８】
2005184654.tif 000010
Ｃ１に蓄えられた電荷は電流Ｉ１によって放電される。このＡ点の電位が一定値になるところまでの放電電圧、すなわち初期値と一定値との電圧差ΔＶＡは（数９）で表される。
【００３５】
【数９】
2005184654.tif 000011
図２（ｃ）にＡ点の電圧ＶＡのタイミングを示す。図２（ｄ）はカレントミラー回路の電流受部の電流Ｉ４でありＳＷ１がオフしてから電圧ＶＡが前述のとおり一定値になった時点で電流が流れＩ４＝Ｉ０となる。図２（ｅ）はミラーされた電流Ｉ３であり、ここではミラー比を１と仮定してＩ３＝Ｉ４＝Ｉ０となる。図２（ｆ）にアンプ３の各入力を示す。Ｖrefは電流Ｉ３とＳＷ２の状態によって決まる負荷抵抗の積で決まりアンプ３の基準電圧として働く、一方、ＶＩＮは入力電圧であり任意の波形が入力される。本説明では解りやすくするために正弦波の入力とした。
【００３６】
図２（ｇ）はアンプ３の出力であり、図２（ｆ）波形における電圧Ｖrefが本来の動作電圧に回復してから出力信号が出始める。図２（ｇ）中のｔ１はリカバリ時間であり決定要因はＡ点の電圧のリカバリ時間であって、この時間は寄生容量Ｃ１と電流Ｉ０と電圧差ΔＶＡで決まり（数１０）で表される。
【００３７】
【数１０】
2005184654.tif 000012
本来はもっと複雑な式となるが本説明の目的は動作説明であるため前述のとおり簡素化のためＱ１及びＱ２はスイッチング動作を行うと仮定している。
【００３８】
ここで、仮に電流、容量、抵抗の数値を代入して従来例とのリカバリ時間と比較してみる。例えば、Ｉ０＝１００μＡ、Ｒ１＝１ＫΩ、Ｒ５＝９ＫΩ、Ｖｂｅ＝０.７Ｖ、Ｃ１＝１０ｐＦとして、従来例の（数１）で表されたΔＶＡをΔＶＡoldとした（数１１）に代入すると、
【００３９】
【数１１】
2005184654.tif 000013
また、従来例の（数２）で表されたリカバリ時間ｔ２は（数１２）に代入すると、
【００４０】
【数１２】
2005184654.tif 000014
次に本実施の形態におけるリカバリ時間は、前述の（数９）で表されたΔＶＡをΔＶＡnewとする（数１３）に代入すると、
【００４１】
【数１３】
2005184654.tif 000015
また、本実施の形態の（数１０）で表されたリカバリ時間ｔ１は（数１４）に代入すると、
【００４２】
【数１４】
2005184654.tif 000016
となり、本計算における仮の定数でも従来例と比べ約７倍と早くなっていることが解る。また、ここではＳＷ１＝オン時のカレントミラー回路で消費される電流比はＩ１：Ｉ０＝１：１０となるように抵抗値の設定を行った。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば消費電力を削減しつつ高速リカバリ時間を実現することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るカレントミラー回路は、低電力モード時にカレントミラー回路の電流を削減させて、消費電力の削減と高速リカバリ時間を同時に実現し、モード切り替え時の高速リカバリ時間と低消費電力に対応したカレントミラー回路であって、低消費電力モードを含むモード切り替え機能を有する半導体集積回路等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における低消費電力で高速リカバリ時間に対応のカレントミラー回路を示す構成図
【図２】本実施の形態における図１に示すカレントミラー回路の動作（ａ）〜（ｇ）を示すタイミングチャート
【図３】従来の低消費電力機能付きのカレントミラー回路の構成図
【図４】従来の図３に示す低消費電力型のカレントミラー回路の動作（ａ）〜（ｇ）を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００４６】
１  電流分配回路
２  電流源
３  アンプ
【図１】
2005184654.tif 000017
【図２】
2005184654.tif 000018
【図３】
2005184654.tif 000019
【図４】
2005184654.tif 000020