(57)【要約】【課題】高温時でもエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタが弱反転状態で動作できる定電流回路を提供する。【解決手段】カレントミラー回路と定電流生成ブロック回路とオフリーク回路を備えた定電流回路において、オフリーク回路は、ゲートとソースが接地端子に接続され、ドレインが定電流回路の出力に接続される第一のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタで構成される。これにより、定電流を生成するエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタのゲート−ソース間電圧の上昇を抑えることで、弱反転状態での動作を保つ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントミラー回路と定電流生成ブロック回路を備えた定電流回路において、
ゲートとソースが接地端子に接続され、ドレインが前記定電流回路の出力に接続される第一のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタで構成され、高温時に前記定電流生成ブロック回路に流れる余剰電流をシンクするオフリーク回路、を備えたことを特徴とする定電流回路。
【請求項２】
前記定電流生成ブロック回路は、
ゲートとドレインが接続され、ソースが前記接地端子に接続された第二のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタと、
ゲートが前記第二のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続され、ソースと前記接地端子の間に第一の抵抗を接続された第三のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタと、
を備え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】
前記定電流生成ブロック回路は、
ゲートとドレインの間に第二の抵抗が接続され、ソースが前記接地端子に接続された第四のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタと、
ゲートが前記第四のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタのドレインに接続され、ソースが前記接地端子に接続された第五のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタと、
を備え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４】
前記定電流生成ブロック回路と前記カレントミラー回路の間にカスコードトランジスタを接続した
ことを特徴とする請求項１に記載の定電流回路。
【請求項５】
前記オフリーク回路は、ドレインが前記カレントミラー回路と前記カスコードトランジスタの間に接続された
ことを特徴とする請求項４に記載の定電流回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の定電流回路と、
前記定電流回路の出力端子にゲートが接続された第六のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタと、
前記第六のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタに入力端子が接続された第二のカレントミラー回路と、
前記第二のカレントミラー回路の出力端子に接続された第三の抵抗及びダイオードと、
を備えたことを特徴とする基準電圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流回路及びそれを用いた基準電圧回路に関し、より詳しくは、高温時にドレインと基板間及びソースと基板間に流れるジャンクション電流が生じても、弱反転状態で動作が保てる定電流回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定電流回路について説明する。図６に従来の定電流回路の回路図を示す。従来の定電流回路は、Ｋ値の異なるエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６１及び６２と、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ６３及び６４と、抵抗６５と、接地端子１００と、電源端子１０１で構成されている。Ｋ値は、Ｋ＝Ｗ／Ｌ・（μＣｏｘ／２）で求められ、Ｗはトランジスタのゲート幅、Ｌはトランジスタのゲート長、μはキャリアの移動度、Ｃｏｘは単位面積あたりのゲート酸化膜容量を示す。
【０００３】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６１は、ソースが接地端子１００に接続され、ドレインとゲートがエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６２のゲートとエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６３のドレインに接続される。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６２は、ソースが抵抗６５を介して接地端子１００と接続され、ドレインがエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ６４のゲート及びドレインとエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ６３のゲートに接続される。エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ６３及び６４のソースは、ともに電源端子１０１と接続されている。
【０００４】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６１のＫ値は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６２のＫ値よりも小さい。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６１とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６２とのゲート−ソース間電圧差が抵抗６５に発生し、抵抗６５に流れる電流をエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ６３及び６４でカレントミラーすることでバイアス電流を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２３８５１３号公報（図４（ａ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の定電流回路では、高温時にドレイン−基板間またはソース−基板間に発生するジャンクション電流により、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ６１、６２のゲート−ソース間電圧差が増加して、弱反転状態で動作できないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされ、高温時でもエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタが弱反転状態で動作できる定電流回路を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来の課題を解決するために、本発明の定電流回路は以下のような構成とした。
カレントミラー回路と定電流生成ブロック回路とオフリーク回路を備えた定電流回路において、オフリーク回路は、ゲートとソースが接地端子に接続され、ドレインが定電流回路の出力に接続される第一のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタで構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の定電流回路によれば、オフリーク回路を用いることで高温時に出力電圧の電位が上昇を抑えることができ、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタを弱反転状態で動作させることできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態の定電流回路を示す回路図である。
【図２】第二の実施形態の定電流回路を示す回路図である。
【図３】第三の実施形態の定電流回路を示す回路図である。
【図４】第四の実施形態の定電流回路を示す回路図である。
【図５】本発明の定電流回路を用いた基準電圧回路を示す回路図である。
【図６】従来の定電流回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
〈第一の実施形態〉
図１に第一の実施形態の定電流回路の回路図を示す。第一の実施形態の定電流回路は、定電流生成ブロック回路１１１と、カレントミラー回路１１２と、オフリーク回路１１３と、接地端子１００と、電源端子１０１、出力端子１０２で構成される。定電流生成ブロック回路１１１は、ゲート同士を接続したエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２と、抵抗１６を備えている。カレントミラー回路１１２はゲート同士が接続されたエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３及び１４を備えている。オフリーク回路１１３はエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５で構成される。
【００１２】
接続について説明する。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１は、ドレインがカレントミラー回路１１２のエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３のドレインとゲートに接続され、ソースが抵抗１６を介して接地端子１００に接続される。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２は、ゲートとドレインがカレントミラー回路１１２のエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３のドレイン及び出力端子１０２に接続され、ソースが接地端子１００に接続される。エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３及び１４のソースは電源端子１０１に接続される。オフリーク回路１１３のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５は、ドレインが出力端子１０２に接続され、ソースとゲートが接地端子１００に接続される。
【００１３】
次に動作について説明する。
一般に、ジャンクション電流が無視できるほど小さい温度範囲での動作では、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１に流れる電流は、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３に流れる電流と等しい。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２に流れる電流は、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１４に流れる電流と等しい。また、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のＫ値とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のＫ値は異なる。従って、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のゲート−ソース間電圧とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のゲート−ソース間電圧の差電圧を抵抗に印加することでバイアス電流を生成し、下記の（１）式で表せる。
【００１４】
【数１】
2013097551.tif 000003
【００１５】
Ｖｇｓ１１及びＶｇｓ１２はトランジスタ１１及び１２のゲート−ソース間電圧、Ｒ１５は抵抗、Ｉｂｉａｓはバイアス電流である。さらに、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２が、閾値よりもゲート−ソース間電圧が低い場合、トランジスタは弱反転状態で動作し、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓとドレイン電流Ｉｄの関係は、下記の（２）式で表せる。
【００１６】
【数２】
2013097551.tif 000004
【００１７】
Ｉｄ０はプロセスによって定まる定数、Ｗはゲート幅、Ｌはゲート長、Ｖｔｈは閾値である。従って、（１）、（２）の２式から、弱反転状態で動作した定電流回路のバイアス電流は、ｎｋＴ／ｑに比例した電流が流れる。
【００１８】
なお、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５のＫ値は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のＫ値から、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のＫ値を引いた値以上が望ましい。
【００１９】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５は、オフリーク回路を構成する。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５は、ソース−ゲート間電圧が常に０であり、ドレインに流れる電流はドレイン−基板間の寄生ダイオードによる逆方向ダイオード電流である。
【００２０】
高温になると、基板間に流れるジャンクション電流により、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のドレイン電流が増加する。カレントミラー回路により、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のドレイン電流と同量の電流が、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２及び１５に流れる。
【００２１】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のＫ値は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のＫ値より大きいため、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流の増加量は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のジャンクション電流の増加量より多い。
【００２２】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５のドレイン電流は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のジャンクション電流の差分を流す。これにより、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のドレイン電流は、自身のジャンクション電流分以外は増加することがない。従って、出力端子１０２の電位の増加、つまり、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２のゲート−ソース間電圧が増加を抑えることができる。
【００２３】
また、定電流源を決定するエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２とオフリーク回路のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタを同一のＷｅｌｌ上に置くことで素子バラつきや温度変化による影響されることがなく、同一のジャンクション電流が流れる。これにより、プロセス依存による特性ばらつきにも、安定した特性を得られる。
【００２４】
以上により、図１に示したオフリーク回路を備えたことにより、高温時においても、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流の余剰分の電流をシンクし、ジャンクション電流に伴う出力端子１０２の電位上昇を抑えることができ、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、弱反転状態の動作を保つことが可能となる。
【００２５】
〈第二の実施形態〉
図２は、定電流生成ブロック回路１１１の第二の実施形態を示した定電流回路の回路図である。
図１の定電流生成ブロック回路１１１との違いは、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のゲートがエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のドレインに接続され、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のゲートとドレインの間に抵抗１７を接続された点である。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のＫ値はエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のＫ値よりも小さく、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のゲート−ドレイン間電圧差が抵抗１７に発生し、バイアス電流を生成する回路構成となる。
【００２６】
このような定電流生成ブロック回路で在っても、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のジャンクション電流の差分を流すオフリーク回路１１３を用いることで、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、弱反転状態の動作を保つことが可能となる。
【００２７】
従って、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタを弱反転状態で動作させ、ｎｋＴ／ｑに比例した電流を流す定電流回路であれば、オフリーク回路を備えることにより、本発明の効果が得られる。
なお、定電流生成ブロック回路を構成しているエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、複数のトランジスタを並列に接続して構成されてもよい。
また、カレントミラー回路１１２は、Ｋの等しい２つ以上のゲート同士を接続されたトランジスタであれば、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタでなくてもよい。
【００２８】
〈第三の実施形態〉
図３は、第三の実施形態を示した定電流回路の回路図である。
図１との違いは、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３のドレインとエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１の間にエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ３８が接続され、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１４のドレインと出力端子３７の間にエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ３８が接続された点である。エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ３８のゲートはＮチャネルカスコード端子１０４に接続され、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ３７のゲートはＰチャネルカスコード端子１０３に接続される。
【００２９】
動作について説明する。高温時にジャンクション電流が流れはじめると、図１の動作と同様にオフリーク回路１１３が、余剰のジャンクション電流をシンクするため、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２を弱反転状態の動作を保とうとする。また、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ３７のカスコード回路により、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１４のチャネル変調効果が抑えられ、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ３８のカスコード回路によりエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のチャネル変調効果が抑えられる。従って、図１の定電流回路よりも、電源電位依存性が改善される。
【００３０】
以上により、オフリーク回路１１３を用いることで、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、弱反転状態の動作を保つことが可能となる。また、電源電位依存性を改善することができる。
【００３１】
〈第四の実施形態〉
図４は、第四の実施形態を示した定電流回路の回路図である。
図３との違いは、オフリーク回路１１３を構成するエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５のドレインが、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１４のドレインとエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ３７のソースの間に接続されている点である。接続点を変更することで、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５のドレインに掛かる電圧が、電源電位基準の電圧となり、ジャンクション電流をシンクできる電流が僅かに増加させることが可能である。
【００３２】
このような定電流生成ブロック回路であっても、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流とエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１２のジャンクション電流の差分を流すオフリーク回路１１３を用いることで、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、弱反転状態の動作を保つことが可能となる。
【００３３】
なお、定電流生成ブロック回路１１１のＫ値の低いエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタのドレインとカレントミラー回路１１２の間であれば、オフリーク回路のエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタのドレインをどこに接続してもよい。
【００３４】
〈第五の実施形態〉
図５は、本発明の定電流回路を用いた基準電圧回路を示す回路図である。
図５の基準電圧回路は、定電流生成ブロック回路１１１を構成するエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１、１２及び抵抗１６と、カレントミラー回路１１２を構成するエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ１３及び１４と、オフリーク回路１１３を構成するエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１５と、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５２及び５３と、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ５１と、抵抗５４とダイオード５５を備えている。定電流生成ブロック回路１１１、カレントミラー回路１１２及びオフリーク回路１１３は定電流回路５０１を構成し、図１と同じ構成である。
【００３５】
エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ５１は、ゲートを接続点２１０に接続され、ドレインはエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５２のドレイン及びゲートに接続され、ソースと基板は接地端子１００に接続される。エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５２は、ゲートはエンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５３のゲート同士で接続され、ソースと基板は電源端子１０１に接続される。エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５３は、ゲートを接続点２５３に接続され、ドレインは基準電圧出力端子１０５に接続され、ソースと基板は電源端子１０１に接続される。抵抗５４は、一方の端子を基準電圧出力端子１０５に接続され、他方の端子をダイオード５５のアノードに接続される。ダイオード５５は、カソードは接地端子１００に接続される。
【００３６】
動作について説明する。定電流回路５０１の動作は、図１の説明と同様である。従って、オフリーク回路１１３を備えたことにより、高温時にエンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１のジャンクション電流の余剰分の電流をシンクし、ジャンクション電流に伴う接続点２１０の電位上昇を抑えることができる。そして、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ１１及び１２は、弱反転状態の動作を保つことが可能となる。
【００３７】
定電流回路５０１のバイアス電流は、エンハンスメント型Ｎチャネルトランジスタ５１で受け、エンハンスメント型Ｐチャネルトランジスタ５２及び５３で構成されたカレントミラー回路を介して、抵抗５４とダイオード５５に流れる。ここで、抵抗１６を抵抗５４と同種の抵抗で構成すると、抵抗の温度係数はキャンセルされる。従って、抵抗５４の両端には、ｎｋＴ／ｑに比例した正の温度係数を有する電圧が発生する。
【００３８】
一方で、ダイオード４０の両端の電圧は概ね−２ｍＶ程度の負の温度係数を有する。抵抗５４の両端の電圧の温度係数とダイオード５５の両端の電圧の温度係数が相殺されるように、抵抗１６及び抵抗５４の温度係数を設定することで、基準電圧出力端子１０５と接地端子１００の両端からは、温度に依存しない基準電圧を得ることが可能となる。
なお、定電流回路は他の例に示した回路であってもよい。
【００３９】
以上により、定電流回路５０１を用いて基準電圧回路を構成することで温度に依存しない基準電圧を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１００  接地端子
１０１  電源端子
１０２  出力端子
１０３  Ｐチャネルカスコード端子
１０４  Ｎチャネルカスコード端子
１０５  基準電圧出力端子
１１１  定電流源ブロック回路
１１２  カレントミラー回路
１１３  オフリーク回路
【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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【図６】
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