(57)【要約】【課題】従来の電流補償回路は、電流補償の対象がカレントミラー回路に限定されてしまっている。【解決手段】電流補償回路１は、バイアス電圧が与えられるベースを有するバイポーラトランジスタＱ１（第１のバイポーラトランジスタ）と、バイポーラトランジスタＱ１と差動対を構成するとともに、抵抗素子Ｒ１を介して上記バイアス電圧が与えられるベースを有するバイポーラトランジスタＱ２（第２のバイポーラトランジスタ）と、を備えている。ここで、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２は、相異なるエミッタ面積を有している。【選択図】図１
2007304860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電圧が与えられるベースを有する第１のバイポーラトランジスタと、
前記第１のバイポーラトランジスタと差動対を構成するとともに、抵抗素子を介して前記バイアス電圧が与えられるベースを有する第２のバイポーラトランジスタと、を備え、
前記第１および第２のバイポーラトランジスタは、相異なるエミッタ面積を有することを特徴とする電流補償回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電流補償回路において、
前記第１および第２のバイポーラトランジスタのうちいずれか一方のコレクタに接続された入力端と、他方のコレクタに接続された出力端とを有する第１のカレントミラー回路を備える電流補償回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電流補償回路において、
前記第１のカレントミラー回路は、
前記入力端に相当するコレクタと、当該コレクタに接続されたベースとを有する第３のバイポーラトランジスタと、
前記出力端に相当するコレクタと、前記第３のバイポーラトランジスタの前記ベースに接続されたベースとを有する第４のバイポーラトランジスタと、を含む電流補償回路。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電流補償回路において、
前記第１のバイポーラトランジスタの前記ベースは、前記他方のコレクタと前記出力端との接続部に接続されており、
前記第２のバイポーラトランジスタの前記ベースは、前記抵抗素子を介して前記接続部に接続されている電流補償回路。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の電流補償回路において、
当該電流補償回路は、電流補償の対象である対象回路に接続されている電流補償回路。
【請求項６】
請求項５に記載の電流補償回路において、
前記対象回路は、第２のカレントミラー回路である電流補償回路。
【請求項７】
請求項５に記載の電流補償回路において、
前記対象回路は、差動増幅器に接続されたバイアス回路である電流補償回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流補償回路に関し、特に、バイポーラトランジスタのベース電流のバラツキを補償する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯端末の普及が進み、より長時間使用できるようにするため、携帯端末に使用されるＩＣへの低消費電力化、延いては電源電圧の低電圧化が望まれてきている。低電圧化に伴い、アナログＩＣにおいて、トランジスタの縦積み段数を減らす必要が生じ、カレントミラー回路を用いた定電流源を用いることが出来なくなってきている。そのため、電流のバラツキが増大したり、特に大振幅を扱う回路等ではバイアスのバラツキに対して余裕度が小さくなったりし、プロセス変動によるバラツキ範囲の全てにおいて特性を満足する回路設計が困難になってきている。
【０００３】
特にカレントミラー回路に関して、バイポーラトランジスタのβ（電流増幅率）のバラツキ補償回路としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
図７は、特許文献１に記載された電流補償回路を示す回路図である。同図において、カレントミラー回路１０１は、バイポーラトランジスタＱＮ１，ＱＮ２，ＱＮ３で構成されている。  トランジスタＱＮ１のコレクタには、入力電流ｉ１を供給する電流源Ｉ１が接続されている。トランジスタＱＮ１のベースとトランジスタＱＮ２のベースとは互いに接続されている。トランジスタＱＮ１，ＱＮ２の共通ベースには、トランジスタＱＮ１，ＱＮ２のベース電流補償を行うトランジスタＱＮ３のエミッタが接続されている。トランジスタＱＮ１のコレクタには、トランジスタＱＮ３のベースが接続されている。トランジスタＱＮ２のコレクタがカレントミラー回路１０１の出力となっている。
【０００５】
また、カレントミラー回路１０１を構成しているトランジスタＱＮ３のコレクタに、電流補償回路１０２を構成するバイポーラトランジスタＱＰ１のコレクタおよびベースが接続されている。さらに、トランジスタＱＮ３のコレクタには、電流補償回路１０２を構成するもう一方のバイポーラトランジスタＱＰ２のベースが接続されている。これらのトランジスタＱＰ１，ＱＰ２によって、カレントミラー回路１０１とは別のカレントミラー回路が構成されている。このカレントミラー回路の出力端に相当するトランジスタＱＰ２のコレクタが、トランジスタＱＮ１，ＱＮ２の共通ベースに接続されている。このカレントミラー回路においては、入力電流に相当するトランジスタＱＰ１のコレクタ電流に比例した電流が、トランジスタＱＰ２のコレクタから出力電流として出力される。ここで、入力電流と出力電流との比はｐであるとする。また、カレントミラー回路１０１のトランジスタＱＮ１，ＱＮ２の各々の飽和電流ｉｓＮ１，ｉｓＮ２の比はｒであるとする。
【０００６】
トランジスタのエミッタ接地電流増幅率をβＮＰＮとし、トランジスタＱＮ３のエミッタ電流をｉｅＮ３とし、トランジスタＱＰ２のコレクタ電流をｉｃＰ２とすると、カレントミラー回路１０１の出力電流ｉ０はｉｃＰ２である。したがって、
i0=icP2=r×i1/[1+(1+r)/{(1+p)×(βNPN２+βNPN)}]
が成り立つ。
【０００７】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１の他に、特許文献２が挙げられる。同文献には、差動対を構成する２つのバイポーラトランジスタを備える温度補償回路に関する技術が開示されている。この技術は、低電圧でも正常に動作し、発振防止用キャパシタの容量を小さくでき、チップ面積およびチップコストを低減できる温度補償回路の実現を目的としている。通常、差動対を構成するバイポーラトランジスタとしては、互いに等しいエミッタ面積を有するものが用いられる。
【特許文献１】特開平９−２３２８８０号公報
【特許文献２】特開平９−３３１２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記式からわかるように、ｐを大きくすることで、出力電流ｉ０のβＮＰＮ依存性を小さくすることができるので、図７に示した電流補償回路によれば、βＮＰＮの製造バラツキ等による出力電流変動を抑えることが可能である。
【０００９】
しかしながら、同図の回路は、カレントミラー回路に補償回路を追加した構成となっているため、当然のことながら、カレントミラー回路以外への適用は不可能である。すなわち、補償回路の接続対象、換言すれば電流補償の対象がカレントミラー回路に限定されてしまっている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による電流補償回路は、バイアス電圧が与えられるベースを有する第１のバイポーラトランジスタと、上記第１のバイポーラトランジスタと差動対を構成するとともに、抵抗素子を介して上記バイアス電圧が与えられるベースを有する第２のバイポーラトランジスタと、を備え、上記第１および第２のバイポーラトランジスタは、相異なるエミッタ面積を有することを特徴とする。
【００１１】
この電流補償回路においては、ベース電流が流れることで抵抗素子に電圧降下が生じ、それにより当該抵抗素子が接続された側のベース（第２のバイポーラトランジスタのベース）と接続されていない側のベース（第１のバイポーラトランジスタのベース）との間にオフセット電圧が発生する。したがって、差動対を構成するこれらの第１および第２のバイポーラトランジスタのコレクタ電流の差分を取ることで、ベース電流の大きさに応じた電流が出力される。このため、回路定数を適切に設定することで、バイポーラトランジスタのβがばらついたときのベース電流を補償できる。
【００１２】
そのうえ、この電流補償回路は、それ自体がベース電流の検出手段である抵抗素子を持っているため、他の回路から独立した電流補償回路として扱うことができる。このため、この電流補償回路を回路上の任意の点に接続することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、種々の回路に対して電流補償を行うことが可能な電流補償回路が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明による電流補償回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明による電流補償回路の一実施形態を示す回路図である。電流補償回路１は、バイアス電圧が与えられるベースを有するバイポーラトランジスタＱ１（第１のバイポーラトランジスタ）と、バイポーラトランジスタＱ１と差動対を構成するとともに、抵抗素子Ｒ１を介して上記バイアス電圧が与えられるベースを有するバイポーラトランジスタＱ２（第２のバイポーラトランジスタ）と、を備えている。ここで、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２は、相異なるエミッタ面積を有している。
【００１６】
また、電流補償回路１は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタに接続された入力端と、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続された出力端とを有するカレントミラー回路１０（第１のカレントミラー回路）を備えている。このカレントミラー回路１０は、上記入力端に相当するコレクタと、当該コレクタに接続されたベースとを有するバイポーラトランジスタＱ３（第３のバイポーラトランジスタ）と、上記出力端に相当するコレクタと、バイポーラトランジスタＱ３のベースに接続されたベースとを有するバイポーラトランジスタＱ４（第４のバイポーラトランジスタ）と、を含んでいる。
【００１７】
電流補償回路１の回路構成をより詳細に説明すると、任意のバイアス電源Ｖ１にバイポーラトランジスタＱ１のベースと抵抗素子Ｒ１の一端とが接続されている。抵抗素子Ｒ１のもう一端は、バイポーラトランジスタＱ２のベースに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ同士が接続され、差動対を成している。バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッタは、定電流源Ｉ０に接続されている。この定電流源Ｉ０としては、カレントミラー回路による電流源、または抵抗等を用いることができる。バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ面積は、任意の基準面積を１としたとき、それぞれｍおよびｎ（ｍ≠ｎ）である。
【００１８】
また、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタは、カレントミラー回路１０を構成するバイポーラトランジスタＱ３のコレクタおよびベース、ならびにバイポーラトランジスタＱ４のベースに接続されている。カレントミラー回路１０においては、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタに入力された電流が、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタに出力される。バイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタは、電源電圧を供給する電源Ｖ２に接続されている。さらに、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタはバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続されており、その接続点から、当該電流補償回路１の出力電流Ｉ１すなわち補償電流が出力される。
【００１９】
次に、電流補償回路１の動作を説明する。バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２で構成された差動対において、バイポーラトランジスタＱ１のベースがバイアス電源Ｖ１に直接接続され、バイポーラトランジスタＱ２のベースは抵抗素子Ｒ１を介してバイアス電源Ｖ１に接続されている。これにより、バイポーラトランジスタＱ２のベース電流が抵抗素子Ｒ１を流れることで電圧降下が生じ、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のベース間に、バイポーラトランジスタＱ２のベース電流の大きさに応じたオフセット電圧が発生する。
【００２０】
バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２で差動対を構成しているので、それぞれのトランジスタのコレクタ電流はそのオフセット電圧に応じてずれが生じる。したがって、コレクタ側に接続されたカレントミラー回路１０により、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電流がバイポーラトランジスタＱ２のコレクタ側に出力される。よって、電流補償回路１からは、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ電流の差分が出力される。製造バラツキ等でトランジスタのβが変動するとベース電流が変動するので、その変動分が抵抗素子Ｒ１で検出され、その結果、電流補償回路１からβの変動に応じた電流が出力される。
【００２１】
このとき、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ面積比をｍ：ｎとして適切な値に設定することで、βが標準状態の値のときに電流補償回路１から出力される電流を０に調整することができる。こうすることにより、標準状態のときに、電流補償の対象となる対象回路に影響を与えることなく電流補償回路１を接続することが可能である。
【００２２】
上述のように、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ面積比、抵抗素子Ｒ１の抵抗値、および定電流源Ｉ０の電流値を適切に設定した電流補償回路１を対象回路に接続することで、βのバラツキを抑えるように対象回路に補償電流を与えることが可能である。
【００２３】
上述した動作について、以下に数式を用いて説明する。バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ電流をそれぞれＩｅ１，Ｉｅ２とする。また、簡略化のため、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ電流は、それぞれのエミッタ電流に等しいとする。さらに、カレントミラー回路１０内のバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４のベース電流を無視すれば、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタ電流はＩｅ１となる。したがって、出力電流Ｉ１は、
I1=Ie1-Ie2  …（１）
で与えられる。
【００２４】
また、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ同士が接続され、その共通エミッタが定電流源Ｉ０に接続されているので、 
I0=Ie1+Ie2  …（２）
が成り立つ。ここで、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のベース−エミッタ間電圧をそれぞれＶｂｅ１，Ｖｂｅ２とし、バイポーラトランジスタＱ２のベース電流をＩｂ２とする。バイアス電源Ｖ１からバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２の差動対のエミッタ側までの接続の関係から、各部の電圧より、以下の式が成り立つ。
Vbe1=Vbe2+R1×Ib2  …（３）
【００２５】
よって、エミッタが任意の基準面積のときの飽和電流をＩｓ、ボルツマン定数をｋ、周囲温度をＴ、電子の単位電荷をｑとして、VT=kT/qとすれば、式（３）から以下のようになる。
R1×Ib2=Vbe1-Vbe2=VT×ln{Ie1/(m×Is)×n×Is/Ie2}=VT×ln{n×Ie1/(m×Ie2)}
VT×ln(n/m)+VT×ln(Ie1/Ie2)=R1×Ib2  …（４）
【００２６】
ここで、標準状態時に出力電流I1=0となる場合について考えると、式（１）よりIe1=Ie2となるので、式（２）より、
Ie2=I0/2  …（５）
となる。また、Ie1=Ie2なので式（４）左辺の第２項は０となり、トランジスタのβをβ0とすれば、エミッタ電流≒コレクタ電流としたので、式（４）は以下のようになる。
VT×ln(n/m)=R1×Ie2/β0=R1/β0×I0/2  …（６）
【００２７】
トランジスタのβが標準状態のときのβ0からβ1にずれたとすると、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ電流も変動する。変動後のエミッタ電流をそれぞれＩｅ１'，Ｉｅ２'とし、このときの出力電流をＩ１'とすると、式（４）の関係から、
VT×ln(Ie1'/Ie2')=R1×Ie2'/β1- VT×ln(n/m)
Ie1'/Ie2'=exp{R1/VT×Ie2'/β1- ln(n/m)}  …（７）
が得られる。式（７）に式（６）を代入すれば、 
Ie1'/Ie2'=exp[R1/VT{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]  …（８）
となる。
【００２８】
よって、式（１）、式（２）の関係はトランジスタのβがずれたときも成り立つので、
I1'=Ie1'-Ie2'=Ie2'[exp[(R1/VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]-1]  …（９）
I0=Ie1'+Ie2'=Ie2'[exp[(R1/VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]+1]  …（１０）
が得られる。さらに、式（９）/式（１０）より、
I1'=I0×[exp[(R1/VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]-1]/[exp[(R1/VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]+1]
I1'=I0×tanh[R1/(2×VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}]  …（１１）
が得られる。
【００２９】
ここで、R1/(2×VT)×{Ie2'/β1-I0/(2×β0)}が０に充分近い場合は、tanhx≒xなので式（１１）は以下のようになる。
I1'=I0×R1/(2×VT)×{Ie2'/β1- I0/(2×β0)}  …（１２）
式（１）、式（２）の関係より、
Ie2'=(I0-I1')/2  …（１３）
が成り立つ。これを式（１２）に代入してＩ１'について整理すると、次式が得られる。
I1'=I0×(1-β1/β0)/{4×VT×β1/(R1×I0)+1}  …（１４）
式（１４）において分母>０であるので、β1>β0なるときI1'<0となり電流Ｉ１'が電流補償回路１に引き込まれ、β1<β0なるときI1'>0となり電流Ｉ１'が電流補償回路１から出力される。
【００３０】
一般に、他の要因でバイポーラトランジスタのエミッタ電流が決まっているとき、βが大きくなるとトランジスタのベース電流は小さくなり、逆にβが小さくなるとベース電流が大きくなる。式（１４）によれば、標準状態よりもβが大きくなってベース電流が小さくなったときには電流補償回路１に電流を引き込み、逆にβが小さくなりベース電流が増えたときには電流補償回路１から電流が出力されることがわかる。すなわち、βが変動したときのベース電流の変動を補償するように電流補償回路１が動作することが式（１４）により示されている。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係る電流補償回路１ａをカレントミラー回路９０に接続した例を示す回路図である。電流補償の対象であるカレントミラー回路９０は、基準電流となる定電流源Ｉ２およびバイポーラトランジスタＱ５，Ｑ６で構成されている。定電流源Ｉ２は、バイポーラトランジスタＱ５のコレクタおよびベース、ならびにバイポーラトランジスタＱ６のベースに接続されている。バイポーラトランジスタＱ６のコレクタがカレントミラー回路９０の出力端となる。
【００３２】
電流補償回路１ａの出力端は、定電流源Ｉ２、バイポーラトランジスタＱ５のコレクタおよびベース、ならびにバイポーラトランジスタＱ６のベースの共通ラインに接続されている。また、この出力端は、バイポーラトランジスタＱ１のベースと抵抗素子Ｒ１の一端とに、接続されている。つまり、図１に示した電流補償回路１においてはバイアス電圧としてバイアス電源Ｖ１から供給される電圧が用いられているのに対して、電流補償回路１ａにおいてはバイアス電圧として上記共通ラインに発生する電圧が用いられている。このため、電流補償回路１ａにおいては、バイポーラトランジスタＱ１のベースが、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタとカレントミラー回路１０の出力端との接続部に接続されるとともに、バイポーラトランジスタＱ２のベースが、抵抗素子Ｒ１を介して上記接続部に接続されている。電流補償回路１ａのその他の構成は、電流補償回路１と同様である。
【００３３】
バイポーラトランジスタＱ５，Ｑ６のベース電流をそれぞれＩｂ５，Ｉｂ６とし、コレクタ電流をそれぞれＩｃ５，Ｉｃ６とする。また、簡略化のため、Ｉｂ１，Ｉｂ２はＩｂ５，Ｉｂ６に比べて充分に小さいとして無視すると、電流の関係から以下の式が成り立つ。
I2+I1=Ic5+Ib5+Ib6  …（１５）
標準状態でのトランジスタのβをβ0とし、バイポーラトランジスタＱ５，Ｑ６のエミッタ面積比が等しいとすると、
I2+I1=Ic6+Ic6/β0+Ic6/β0=(1+2/β0)×Ic6  …（１６）
となり、出力電流Ｉ３は、
I3=Ic6=(I2+I1)/(1+2/β0)  …（１７）
となる。
【００３４】
標準状態においてI1=0となるように電流補償回路を調整したとして、トランジスタのβがβ1に変動したときのカレントミラー出力電流をＩ３'、電流補償回路の出力電流をＩ１'とし、標準状態時の出力電流Ｉ３との差分をΔＩ３とすると、
ΔI3=I3'-I3=(I2+I1')/(1+2/β1)- I2/(1+2/β0)  …（１８）
となる。ΔＩ３が０となるとき、式（１８）の左辺を０としてＩ１'について整理し、以下の式を得る。
I1'=2×I2×(1/β1-1/β0)/(1+2/β0)  …（１９）
【００３５】
Ｉ１'は式（１４）で与えられるので、
I0×(1-β1/β0)/{4×VT×β1/(R1×I0)+1}=2×I2×(1/β1-1/β0)/(1+2/β0)
となる。これを整理して以下の式が得られる。
R1×R0=4×VT/[I0×(β0+2)/(2×I2×β0)-1/β1] 
β0≫２とすれば、
R1×R0≒4×VT/[I0/(2×I2)-1/β1]  …（２０）
となる。式（２０）および式（６）より、
n/m=exp[2/{β0×I0/(2×I2)-β0/β1}]  …（２１）
となる。よって、式（２０）および式（２１）を満足するようにＩ０，Ｒ１，ｎ／ｍを調整すれば、カレントミラー回路９０の出力電流Ｉ３が、トランジスタのβ変動に依存しなくなる。
【００３６】
図３は、カレントミラー回路の出力電流の、トランジスタのβ変動に対する依存性を示すグラフである。四角形の印Ｍ１、菱形の印Ｍ２、および三角形の印Ｍ３が、それぞれ、電流補償回路１ａを適用した場合、図７に示した従来技術を適用した場合、および電流補償回路が無い場合のデータを表している。
【００３７】
電流補償回路の無いカレントミラー回路の出力電流の変動幅を１００％とする。従来技術の回路を適用した場合、出力電流の変動幅は７．０％であるのに対し、電流補償回路１ａを適用した場合、出力電流の変動幅は１．８％である。このように、本実施形態に係る電流補償回路によれば、対象回路の出力電流の変動幅を、従来技術よりも更に小さく抑えることができる。
【００３８】
また、従来技術の回路においては、図７に示したように、カレントミラー回路１０１を構成するトランジスタＱＮ１，ＱＮ２と、電流補償用のトランジスタＱＮ３と、電流補償回路１０２を構成するトランジスタＱＰ１，ＱＰ２が必要である。したがって、縦積みで最低でも３段のトランジスタが必要である。このため、ＰＮ接合の順方向電圧３段分の動作電圧を確保する必要があり、電源電圧として最低でも２．４V程度の電圧が必要である。これに対して、電流補償回路１，１ａは、差動対を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２と、カレントミラー回路１０を構成するトランジスタＱ３，Ｑ４とからなる縦積み２段のトランジスタで構成されている。このため、例えば定電流源Ｉ０を抵抗素子等で構成すれば、電源電圧Ｖ２が１．６Ｖ程度でも動作可能である。
【００３９】
特に電源電圧が低電圧である場合、トランジスタの縦積み段数を減らすため、図７の回路におけるトランジスタＱＮ３のようなベース補償用トランジスタを削除する場合がある。その場合、カレントミラー回路の出力電流誤差の増大につながってしまう。この点、電流補償回路１，１ａによれば、標準状態時にトランジスタＱ５，Ｑ６（図２参照）のベース電流を補償するような電流が出力されるようにＩ０、Ｒ１、ｎ／ｍを調整しておくことで、カレントミラー回路９０の出力電流の誤差を無くすことも可能である。
【００４０】
また、図７の回路は、上述のとおり、カレントミラー回路以外への適用は不可能である。例えば、後述する図４に示すような、電流源に抵抗が接続されたバイアス回路にバイポーラトランジスタのベースが接続される回路では、バイポーラトランジスタのβつまりはベース電流の変動によってバイアス回路に流れる電流が変化し、バイアス電圧が変動してしまう。図７の回路では、電流源自体の電流の変動は抑えることができるものの、上記の例のようなバイアス回路に接続されたバイポーラトランジスタのベース電流の変動までは補償することができず、バイアス電圧の変動を抑えることが不可能である。
【００４１】
これに対し、電流補償回路１，１ａは、それ自体がベース電流の検出手段である抵抗素子Ｒ１を持っているため、他の回路から独立した電流補償回路として扱うことができる。このため、この電流補償回路を回路上の任意の点に接続することが可能である。よって、種々の回路に対して電流補償を行うことが可能な電流補償回路１，１ａが実現されている。
【００４２】
図４は、電流補償回路１ａを差動増幅器９４の接続されたバイアス回路９２に接続した例を示す回路図である。バイアス回路９２においては、定電流源Ｉ４が抵抗素子Ｒ２に接続されている。その接続点Ｐ１に差動増幅器９４が接続されている。差動増幅器９４は、バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７、および端子ｉｎ１，ｉｎ２によって構成されている。バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８は、エミッタ同士が接続されて、差動対を成している。その共通エミッタには抵抗素子Ｒ５の一端が接続され、抵抗素子Ｒ５のもう一端はＧＮＤに接続されている。
【００４３】
また、バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８のベースが、それぞれ抵抗素子Ｒ３，Ｒ４を介して上記接続点Ｐ１に接続されている。バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８のベースは、それぞれ端子ｉｎ１，ｉｎ２に接続されており、各端子にはＡＣ信号が入力される。バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８のコレクタには、負荷として抵抗素子Ｒ６，Ｒ７が接続されている。電流補償回路１ａの出力端は接続点Ｐ１に接続されている。また、図２と同様に、バイアス電圧として接続点Ｐ１の電圧が与えられている。
【００４４】
図４の接続点Ｐ１での電圧ＶＰ１は、トランジスタＱ７，Ｑ８のベース電流をそれぞれＩｂ７，Ｉｂ８として、VP1=R2(I4+I1-Ib7-Ib8)となる。また、差動増幅器９４に流れる電流は抵抗素子Ｒ５に流れる電流である。したがって、この電流をＩＲ５とすると、バイポーラトランジスタＱ７のベース−エミッタ間電圧をＶｂｅ７として、以下の式が成り立つ。
IR5=(VP1-R3×Ib7-Vbe7)/R5={ R2×(I4+I1-Ib7-Ib8) -R3×Ib7-Vbe7}/R5
したがって、トランジスタのβが大きくなってベース電流が小さくなると、接続点Ｐ１からトランジスタＱ７，Ｑ８側に引き込まれる電流が小さくなるので、抵抗素子Ｒ２を流れる電流が大きくなり、その結果、ＶＰ１が大きく、つまりは差動増幅器の電流ＩＲ５が大きくなる。逆に、βが小さくなるとベース電流が大きくなるので、ＩＲ５は小さくなる。
【００４５】
電流補償回路１ａを接続点Ｐ１に接続すれば、式（１４）で示したように、トランジスタのβが大きくなったとき、電流補償回路１ａ側に電流を引き込むため抵抗素子Ｒ２に流れる電流が小さくなる。それにより、差動増幅器のトランジスタＱ７，Ｑ８のベース電流が減って、抵抗素子Ｒ２に流れる電流が大きくなった分の電流を補償できる。逆に、βが小さくなったときは、電流補償回路１ａから電流が出力されるので、トランジスタＱ７，Ｑ８のベース電流が大きくなった分を補償できる。
【００４６】
図５は、差動増幅器の電流および接続点Ｐ１のバイアス電圧の、トランジスタのβ変動に対する依存性を示すグラフである。四角形の印Ｍ４および三角形の印Ｍ５が、それぞれ、電流補償回路１ａを適用した場合および電流補償回路が無い場合の、差動増幅器の電流を表している。また、楕円形の印Ｍ６および円形の印Ｍ７が、それぞれ、電流補償回路１ａを適用した場合および電流補償回路が無い場合の、接続点Ｐ１のバイアス電圧を表している。
【００４７】
電流補償回路の無い場合の差動増幅器の電流の変動幅を１００％とすると、電流補償回路１ａを用いることで、同変動幅が２５．１％に改善している。接続点Ｐ１のバイアス電圧も同時にプロットしているが、電流補償回路の無い場合、βが増加するにつれて、差動増幅器のトランジスタＱ７，Ｑ８のベース電流が減少するため、接続点Ｐ１のバイアス電圧は増大する。電流補償回路１ａがある場合はトランジスタＱ７，Ｑ８のベース電流の減少に応じて電流が補償されるので、接続点Ｐ１のバイアス電圧の変動が小さくなっている。なお、差動増幅器の電流のβ依存性が小さくなるように各部の値を調整している。そのため、接続点Ｐ１のバイアス電圧は、βの標準値（β／β０＝１）の近辺で、電流補償回路が無い場合に対して傾きが反転している。
【００４８】
本発明による電流補償回路は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。上述の説明では、カレントミラー回路１０を構成するバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４のベース電流を無視したが、実際にはこのベース電流が誤差分として生じる。本発明による電流補償回路を備えるＩＣの製造プロセスとして、バイポーラトランジスタおよびＭＯＳトランジスタの双方を製造可能なプロセスを使用できるのであれば、バイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４の代わりにＰチャネルＭＯＳトランジスタを用いることで、ベース電流の誤差を無くすことができる。
【００４９】
上記実施形態においてはカレントミラー回路１０としてトランジスタＱ３，Ｑ４の２素子で構成される単純なカレントミラー回路を例示した。しかし、無論、一般に良く知られているエミッタおよび電源電圧間に抵抗素子が設けられたカレントミラー回路や、ベース電流補償トランジスタの入ったカレントミラー回路等、各種の誤差補正手段が設けられたカレントミラー回路を用いてもよい。
【００５０】
上記実施形態においては差動対を構成するトランジスタとしてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２を用い、カレントミラー回路１０を構成するトランジスタとしてＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４を用いた例を示した。しかし、差動対をＰＮＰ型のバイポーラトランジスタで構成し、カレントミラー回路１０をＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成してもよい。その場合も、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、その場合、ＭＯＳトランジスタが使用可能であれば、カレントミラー回路をＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成してもよい。
【００５１】
上述の説明では、カレントミラー回路１０の入出力の電流比を１としたが、これを異なる値にしてもよい。図１の電流補償回路１において、カレントミラー回路１０がトランジスタＱ１のコレクタ電流をａ倍してトランジスタＱ２のコレクタ側に電流を出力する場合、詳細な導出過程は省略するが、以下の式が成り立つ。
VT×ln(n/m)=(R1/β0)×a×I0/(a+1)+VT×ln(a)  …（２２）
I1'=[a×I0×(1-β1/β0)+2×VT×β1/R1×{a-1-(a+1)/2×ln(a)}]/{4×VT×β1/(R1×I0)+1}  …（２３）
【００５２】
式（２２）および式（２３）より、カレントミラー回路１０の電流比をａとすることで、補償電流の変動量は小さくなるが、抵抗Ｒ１を小さくすることができる。
【００５３】
上記実施形態においては、カレントミラー回路１０が、トランジスタＱ１のコレクタ電流をトランジスタＱ２のコレクタ側に出力するように構成された例を示した。しかし、逆に、トランジスタＱ２のコレクタ電流をトランジスタＱ１のコレクタ側に出力してもよい。その場合、トランジスタＱ１のコレクタとの接続点を出力端とすることで、β依存性が反転した電流補償回路も作成できる。
【００５４】
例えば、図６に示すように、複数の出力のあるカレントミラー回路９６において、トランジスタＱ９のコレクタに出力される電流のみ補償を行いたい場合、β依存性を反転した電流補償回路１ｂをトランジスタＱ９のコレクタに接続することで、最終的な出力電流Ｉ５のβ依存性を抑えることができる。この電流補償回路１ｂにおいてはカレントミラー回路１０ａの入出力が、上述した電流補償回路１，１ａにおけるカレントミラー回路１０に対して反転している。
【００５５】
カレントミラー回路９６の基準となるトランジスタＱ５のコレクタに電流補償が行われていないため、βが増加するほど、トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ９，Ｑ１０等のカレントミラー回路を構成するトランジスタのベース電流が減少し、トランジスタＱ５のコレクタ電流が標準状態時から増加する。したがって、トランジスタＱ９のコレクタ電流Ｉｃ９も増加するが、出力電流Ｉ５はI5=Ic9-I1であり、電流補償回路のβ依存性は式（１４）に対して反転している。そのため、βが増加したときに電流補償回路側から電流が出力されI1>0となり、トランジスタＱ９のコレクタ電流が増加した分を補償することができ、出力電流Ｉ５のβ依存性を抑えることが可能である。
【００５６】
また、上記実施形態においては差動対を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッタに定電流源が接続された例を示したが、この共通エミッタは接地されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による電流補償回路の一実施形態を示す回路図である。
【図２】実施形態に係る電流補償回路をカレントミラー回路に接続した例を示す回路図である。
【図３】カレントミラー回路の出力電流の、トランジスタのβ変動に対する依存性を示すグラフである。
【図４】実施形態に係る電流補償回路を差動増幅器の接続されたバイアス回路に接続した例を示す回路図である。
【図５】差動増幅器の電流および接続点のバイアス電圧の、トランジスタのβ変動に対する依存性を示すグラフである。
【図６】実施形態の変形例を説明するための回路図である。
【図７】従来技術に係る電流補償回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    電流補償回路
１ａ    電流補償回路
１ｂ    電流補償回路
１０    カレントミラー回路
１０ａ    カレントミラー回路
９０    カレントミラー回路
９２    バイアス回路
９４    差動増幅器
９６    カレントミラー回路
Ｐ１    接続点
Ｑ１〜Ｑ１０    バイポーラトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ７    抵抗素子
Ｖ１    バイアス電源
Ｖ２    電源
【図１】
2007304860.tif 000003
【図２】
2007304860.tif 000004
【図３】
2007304860.tif 000005
【図４】
2007304860.tif 000006
【図５】
2007304860.tif 000007
【図６】
2007304860.tif 000008
【図７】
2007304860.tif 000009