JP2006059057A

JP2006059057A - カレントミラー回路

Info

Publication number: JP2006059057A
Application number: JP2004239260A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Mizuno; 晴彦水野; Kenichi Tatehara; 健一田手原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】カレントミラー回路において、目的とするカットオフ周波数によって高周波ノイズを除去する場合と、ローパスフィルタをスルーする場合を高速に切り替える回路を提供する。
【解決手段】カレントミラーを構成する入力トランジスタと出力トランジスタの制御電極の間に、抵抗と容量で構成されるローパスフィルタを接続し、ローパスフィルタをスルーする場合と通す場合を選択するためのトランジスタによるスイッチを接続する。またローパスフィルタをスルーしている時、容量は制御電極に接続した電圧フォロアの出力端子に接続して充放電を行い、制御電極と同じ電圧にバイアスしておく。このことによって、ローパスフィルタによって高周波ノイズを除去する場合とローパスフィルタをスルーする場合とを高速で切り替える事が出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体集積回路に関し、特にローパスフィルタを用いてノイズなどの高周波成分を除去する場合と、ローパスフィルタをスルーする場合とを高速で切り替え可能なカレントミラー回路に関する。

半導体集積回路において、定電流を供給する回路としてカレントミラー回路が広く用いられている。図５にＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いた基本的なカレントミラー回路を示す。

このカレントミラー回路では入力トランジスタＱ５１のソースが接地され、ゲートとドレインが接続されたダイオード結合をなしているので、飽和領域で動作している。そして、そのドレイン−ソース間には、
Ｉｄｓ＝Ｋ＊（Ｗ／Ｌ）＊（Ｖｇｓ−Ｖｔ）²
で表される電流が流れる。ここで、Ｋはデバイスに依存する定数、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｖｇｓはゲート・ソース間電圧、Ｖｔはしきい値電圧である。また、上式ではアーリ効果は無視している。

ここで、出力トランジスタＱ５２のゲートは入力トランジスタＱ５１のゲートと接続されているため、ゲート・ソース間には入力トランジスタＱ５１と同じＶｇｓがかかり、入力トランジスタとＫ，Ｗ，Ｌが等しい場合、出力トランジスタにも同じＩｄｓが流れる事になる。また、入力トランジスタと出力トランジスタのＷ／Ｌの比を調節する事で、入力電流に比例した電流を出力トランジスタＱ５２に流す事ができる。

このカレントミラー回路において、入力負荷からノイズが混入した場合、入力トランジスタと出力トランジスタのゲート電位が揺れ、そのためＶｇｓがノイズによって変化し、出力電流にもノイズがのる事になる。

以下、図６を参照しながら、特許文献１に示されており、バイポーラトランジスタを用いたカレントミラー回路のノイズを除去する方法について説明する。

この回路では、バイアス電圧源６１と出力トランジスタＱ６２のベースとの間に直列に第１の抵抗Ｒ６１を接続し、かつ前記第１の抵抗Ｒ６１と前記出力トランジスタＱ６２のベースとの間に一端が接地されたコンデンサＣ６１を接続し、かつ前記第１の抵抗Ｒ６１と前記入力トランジスタＱ６１のベースとの間に前記第１の抵抗Ｒ６１との抵抗比が前記エミッタ面積の比と実質的に同一比になる第２の抵抗Ｒ６２を接続している。ここで、前記第１の抵抗Ｒ６１とコンデンサＣ６１によってローパスフィルタ６３を形成し、前記バイアス電圧源６１からの高周波ノイズを除去している。
特公平７−３６４６号公報

しかしながらこの場合、入力電流を任意に変化させ、それに対し出力電流が高速で応答する必要がある場合でもローパスフィルタが常に動作するため、カットオフ周波数よりも高速に応答させる事ができない。

前記に鑑み、本発明はローパスフィルタをオン・オフさせるスイッチを有し、さらにローパスフィルタのオン・オフを高速に切り替え可能なカレントミラー回路を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明はカレントミラー回路において入力トランジスタの制御電極と、出力トランジスタの制御電極の間に、一方の端子が前記入力トランジスタの制御電極に接続された抵抗と、前記抵抗のもう一方の端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に電流経路をなすように接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第１のスイッチングトランジスタと、前記入力トランジスタと前記出力トランジスタの制御端子の間に電流経路をなすように接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第２のスイッチングトランジスタと、第１の入力端子が前記入力トランジスタの制御電極に接続され、出力端子と第２の入力端子が接続された電圧フォロワを備え、前記電圧フォロアの出力端子と、前記出力トランジスタの制御端子の間に電流経路をなすように直列に接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第３のスイッチングトランジスタと第４のスイッチングトランジスタと、一方の端子が前記第３のスイッチングトランジスタの電流入出力端子と前記第４のスイッチングトランジスタの電流入出力端子の間に接続され、もう一方の端子が接地されたコンデンサを有することを特徴とする。

本発明に係るカレントミラー回路は、ノイズなどの高周波成分を除去するローパスフィルタをスイッチによってオン・オフさせることが可能である。

また、ローパスフィルタをオフしている状態でもコンデンサは充電されているため、ローパスフィルタをオフしている状態からオンへの切り替えにおいて、オフ時の値を保持したままオンへの切り替えが可能である。

以下、本発明のカレントミラー回路について、図１を参照しながら説明する。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１（以下ＮｃｈＭＯＳトランジスタ）はドレインとゲートが接続され、カレントミラー回路において入力トランジスタとして動作している。また、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１２のゲートはＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３、もしくは抵抗Ｒ１１およびＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１４を介してＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートおよびドレインと接続されており、カレントミラー回路において出力トランジスタとして動作している。

この入力ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートに第１の入力を接続し、第２の入力と出力を接続した電圧フォロワ１３を接続する。なお、電圧フォロワの入力インピーダンスは高く、出力インピーダンスは低いものとする。この時、第１と第２の入力端子は仮想接地されているとみなすと同じ電位となり、電圧フォロワの出力は入力ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートと同じ電位にバイアスされていることになる。

この電圧フォロワ１３の出力とＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１２のゲートとの間に電流経路をなすようにＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１５とＱ１６を直列に接続し、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１５とＱ１６の間に容量Ｃ１１を接続する。

このカレントミラー回路において、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４，Ｑ１５，Ｑ１６はスイッチとして動作し、ローパスフィルタがオンしているときはＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１４とＱ１６が導通し、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３とＱ１５は非導通となっている。ここでＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１４とＱ１６のオン抵抗が抵抗Ｒ１１に比べて無視できる値とすると、抵抗Ｒ１１と容量Ｃ１１で決まる時定数のローパスフィルタとなり、ノイズなどの高周波成分を除去する事ができる。

また、ローパスフィルタをオフさせる場合は、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３とＱ１５が導通し、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１４とＱ１６を非導通にさせる。この場合は、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１１とＱ１２のゲートがスイッチとして動作するＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３を介して接続されるので、ローパスフィルタをスルーした通常のカレントミラーとして動作する。このため、例えば入力電流が変化し、それに対して出力電流を高速に変化させる必要がある場合にもローパスフィルタの影響を受けることなく、高速にセトリングさせることが可能である。

さらにローパスフィルタがオフしている時、容量Ｃ１１はスイッチとして動作するＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３を介して電圧フォロワの出力端子に接続されるので、コンデンサＣ１１は入力ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートと同じ電位にバイアスされ、出力インピーダンスの低い電圧フォロワで充放電をさせることができる。そのため、ローパスフィルタをオフしている状態で入力電流を変化させて目的の電流値に設定し、その後ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１３とＱ１５をオフし、ＮｃｈＭＯＳトランジスタＱ１４とＱ１６をオンしてローパスフィルタを有効にした状態でもコンデンサＣ１１を充放電する必要が無い。従ってローパスフィルタがオフしている状態から設定した電流値を保ったままでローパスフィルタをオンし、ノイズなどの高周波成分を除去するといった事が可能である。

なお、前記実施の形態ではＮｃｈＭＯＳトランジスタを用いているが、ＰｃｈＭＯＳトランジスタを用いた場合でも構成する事ができ、実施の形態を図２に示す。

また、バイポーラトランジスタを用いても同様に構成する事ができ、実施の形態を図３と図４に示す。バイポーラトランジスタを用いた場合、ベース電流を考慮する必要があるので入力トランジスタＱ３１及びＱ４１のベースと電圧フォロワ３３及び４３の間に抵抗Ｒ３３およびＲ４３を挿入する。この抵抗Ｒ３３及びＲ４３は、カレントミラーの入力トランジスタＱ３１及びＱ４１と出力トランジスタＱ３２及びＱ４２のエミッタ面積が１：ｎ（Ｑ３１：Ｑ３２及びＱ４１：Ｑ４２）の時、ローパスフィルタを構成する抵抗Ｒ３１及びＲ４１とｎ：１（Ｒ３３：Ｒ３１及びＲ４３：Ｒ４１）となるようにし、抵抗とベース電流による電圧降下が等しくなるようにする必要がある。また、ローパスフィルタをオフしている場合は抵抗Ｒ３３およびＲ４３の影響が無いようにスイッチとして動作するＭＯＳトランジスタＱ３７およびＱ４７が導通状態となり、ＭＯＳトランジスタＱ３８およびＱ４８が非導通となる。

なお、図３及び図４では入力トランジスタＱ３１及びＱ４１のコレクタとベースを抵抗Ｒ３３とＭＯＳトランジスタＱ３８及びＲ４３とＭＯＳトランジスタＱ４８、もしくはＭＯＳトランジスタＱ３７及びＱ４７を介して接続しているが、ここにカレントミラー回路におけるベース電流の影響を小さくするための、ベースが入力トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが抵抗Ｒ３３及びＲ４３と電圧フォロワ３３及び４３の間に接続されるトランジスタを用いた構成としても良い。

以上説明したように、本発明は、高周波成分を除去するためにローパスフィルタを用いる場合とローパスフィルタをスルーする場合とを高速に切り替えるカレントミラー回路において有用である。

ＮｃｈＭＯＳトランジスタを用いた本発明の一実施の形態を示す図ＰｃｈＭＯＳトランジスタを用いた本発明の一実施の形態を示す図ＮＰＮトランジスタを用いた本発明の一実施の形態を示す図ＰＮＰトランジスタを用いた本発明の一実施の形態を示す図基本的なカレントミラー回路の一例を示す図従来のカレントミラー回路の一例を示す図

符号の説明

１１，２１，３１，４１，５１電流源
１２，２２，３２，４２入力端子
１３，２３，３３，４３電圧フォロワ
１５，２５，３５，４５インバータ
１６，２６，３６，４６，５６，６６出力端子
６１バイアス電圧源
６３ローパスフィルタ
Ｑ１１〜Ｑ６２トランジスタ
Ｒ１１〜Ｒ６５抵抗
Ｃ１１〜Ｃ６１容量

Claims

カレントミラー回路において入力トランジスタの制御電極と、出力トランジスタの制御電極の間に、
第１の入力端子が前記入力トランジスタの制御電極に接続され、出力端子と第２の入力端子が接続された電圧フォロワを備え、
一方の端子が前記入力トランジスタの制御電極に接続された抵抗と、
前記抵抗のもう一方の端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に電流経路をなすように接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第１のスイッチングトランジスタと、
前記入力トランジスタと前記出力トランジスタの制御端子の間に電流経路をなすように接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第２のスイッチングトランジスタと、
前記電圧フォロアの出力端子と、前記出力トランジスタの制御端子の間に電流経路をなすように直列に接続され、制御電極に外部からの二値制御信号が入力される第３のスイッチングトランジスタと第４のスイッチングトランジスタと、
一方の端子が前記第３のスイッチングトランジスタの電流入出力端子と前記第４のスイッチングトランジスタの電流入出力端子の間に接続され、もう一方の端子が接地されたコンデンサを有することを特徴とするカレントミラー回路。
請求項１に記載のカレントミラー回路において、第１および第４のスイッチングトランジスタと、第２および第３のスイッチングトランジスタの導通状態とを互いに相反するように制御信号を入力する事を特徴とするカレントミラー回路。