JP2778781B2 - 閾値電圧生成回路 - Google Patents

閾値電圧生成回路

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JP2778781B2
JP2778781B2 JP2019452A JP1945290A JP2778781B2 JP 2778781 B2 JP2778781 B2 JP 2778781B2 JP 2019452 A JP2019452 A JP 2019452A JP 1945290 A JP1945290 A JP 1945290A JP 2778781 B2 JP2778781 B2 JP 2778781B2
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    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路において、信号を弁別す
るのに用いられる閾値電圧を生成するための閾値電圧生
成回路に関する。
〔従来の技術〕
第4図は従来の閾値電圧生成回路を示す回路図であ
る。図において、半導体基板上に形成された半導体集積
回路1内に、npnトランジスタQ1,Q2より成る差動増幅器
が設けられている。トランジスタQ1,Q2のエミッタはそ
れぞれ抵抗2,3を介して定電流源4の一端に接続され、
定電流源4の他端は接地されている。トランジスタQ1の
コレクタは電源VCCに接続され、トランジスタQ2のコレ
クタは抵抗5を介して電源VCCに接続されている。トラ
ンジスタQ1のベースには外部基準電圧6を外部抵抗7,8
で分割した電圧が印加され、トランジスタQ2のベースに
は内部基準電圧9が印加される。外部基準電圧6の代り
に点線の経路で示すように、半導体集積回路1内の電圧
源10が用いられてもよい。
動作において、トランジスタQ1,Q2のベース電圧差に
応じた電流が抵抗5に流れる。この電流によって抵抗5
に生じる電圧降下Vaが閾値電圧として導出される。外部
抵抗7,8の分圧比を調整することにより閾値電圧Vaを変
化させることができる。
すなわち、トランジスタQ2のコレクタ電流をI2、抵抗
5,7,8の値をR5,R7,R8、基準電圧6の値をVrefとする
と、 となり、よって となるわけである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の閾値電圧生成回路は以上のように構成されてお
り、半導体集積回路内部に形成された増幅器を用いて半
導体集積回路外部より与えられる基準電圧に応じた電圧
を半導体集積回路内部で発生させ、この電圧を半導体集
積回路内部で閾値電圧として利用している。このため、
回路が複雑となり、また部品点数が多いため集積回路の
製造バラつきによる閾値電圧のバラつきが大きくなると
いう問題点があった。また、複数の閾値電圧を発生させ
る場合にはさらに回路が複雑化するという問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、簡単な回路構成で精度よく所望の値のしか
も所望の数の閾値電圧を生成できる閾値電圧生成回路を
得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る閾値電圧生成回路は、半導体集積回路
内に形成された制御電極共通の第1,第2のトランジスタ
を含み、第1のトランジスタを基準トランジスタとした
カレントミラー回路と、同じ半導体集積回路内に形成さ
れ、第1のトランジスタの一方電極に接続された電流源
と、同じ半導体集積回路内に形成され、第2のトランジ
スタの一方電極に接続されて流れる電流に応じた閾値電
圧を生成する内部抵抗とを備え、閾値電圧は、当該閾値
電圧を生成する内部抵抗と電流源の内部抵抗との比に応
じた値を有し、半導体集積回路外に設けられ、第1,第2
のトランジスタの他方電極にそれぞれ接続されてその比
により閾値電圧を設定する第1,第2の外部抵抗をさらに
備えて構成されている。
〔作用〕
この発明における第1のトランジスタには電流源から
基準となる電流が流れ、第2のトランジスタにはその基
準となる電流に対し第1,第2の外部抵抗の比に応じた電
流が流れる。第2のトランジスタに流れる電流は内部抵
抗にも流れ、内部抵抗ではその電流に応じた閾値電圧が
発生される。閾値電圧は第1,第2の外部抵抗の比に応じ
て任意に決定され、またカレントミラー回路における第
2のトランジスタの数を増やすことにより閾値電圧の数
を増やすことができる。集積回路内部の電流源を源泉と
する電流を内部抵抗と電圧で変換する際に、当該内部抵
抗と電流源の内部抵抗との比に応じて電圧値が決定され
ることにより、集積回路の製造バラつきもキャンセルさ
れる。
〔実施例〕
第1図は、この発明による閾値電圧生成回路の一実施
例を示す回路図である。図において、半導体基板上に形
成された半導体集積回路1内には、npnトランジスタQ4,
Q5,Q6より成るカレントミラー回路が設けられている。
トランジスタQ4,Q5,Q6のベースは共通に接続されてい
る。カレントミラー回路の基準となるトランジスタQ4の
コレクタは、基準電流源15を介して電源VCCに接続され
るとともに、トランジスタQ7のベースにも接続されてい
る。トランジスタQ7のエミッタはトランジスタQ4のベー
スに接続され、コレクタは電源VCCに接続されている。
トランジスタQ5,Q6のコレクタは、それぞれ内部抵抗16,
17を介して任意の定電圧源18,19に接続されている。ま
たトランジスタQ4,Q5,Q6のエミッタは、それぞれ外部抵
抗20,21,22を介して接地されている。
動作において、トランジスタQ4,Q5,Q6のベース電流は
トランジスタQ7を介して電源VCCから供給される。トラ
ンジスタQ7の増幅度は大きいのでトランジスタQ7のベー
ス電流はほとんど無視できる。またトランジスタQ4,Q5,
Q6のベース電流がそれ程大きくなければ、トランジスタ
Q7を取り除いてトランジスタQ4のベース・コレクタ間を
直接接続してもよい。
いま、基準電流源15からトランジスタQ4に供給される
電流をIrefとしたとき、トランジスタQ5,Q6にそれぞれI
a,Ibの電流が流れたとする。また外部抵抗20,21,22の両
端に発生する電圧をそれぞれV1,V2,V3とする。トランジ
スタQ4,Q5,Q6のベースは共通であるので、 V1+VBE4=V2+VBE5=V3+VBE6 …(1) が成り立つ。ここで、VBE4,VBE5,VBE6はそれぞれトラン
ジスタQ4,Q5,Q6のベース・エミッタ間電圧である。外部
抵抗20,21,22の抵抗値をそれぞれR20,R21,R22とする
と、 V1=Iref・R20 …(2) V2=Ia・R21 …(3) V3=Ib・R22 …(4) であるので、これらの(2),(3),(4)式を
(1)式に代入して、 Iref・R20+VBE4=Ia・R21+VBE5=Ib・R22+VBE6 …(5) が成り立つ。よって、 となる。
ここで、(VBE5−VBE4)および(VBE6−VBE4)は0〜
20mV程度、R20・Irefは0.3〜1V程度であり、 VBE5−VBE4≪R20・Iref …(8) VBE6−VBE4≪R20・Iref …(9) とみなせるので、(6),(7)式は と変形できる。よって、トランジスタQ5,Q6のコレクタ
電流Ia,Ib となる。
基準電流源15をはじめ、一般に集積回路内部に形成さ
れた電流源の電流Irefは Iref=A/R0 …(14) と表される。ここでAは定数、R0は基準電流源15に係わ
る内部抵抗である。一般的な基準電流源を示す第5図に
よりこれを説明すれば、トランジスタQa,Qb,のエミッタ
面積が等しくかつトランジスタQcのベース電流が無視で
きるとすると、 となり、ここでベース・エミッタ間電圧の変化率が無視
できかつVccが一定であれば、上記(14)式が得られる
わけである。したがって、(14)式を(12),(13)式
に代入して、 を得る。よって、内部抵抗16,17の両端に発生する閾値
電圧Va,Vbは、内部抵抗16,17の抵抗値をR16,R17とする
と、 となる。
このように、閾値電圧Va,Vbは外部抵抗の比(R20/
R21,R20/R22)と内部抵抗の比(R16/R0,R17/R0)との積
により決定される。外部抵抗はディスクリート部品であ
り抵抗値は正確であるので、外部抵抗の比も正確であ
る。また集積回路1の製造バラつきによる抵抗値のバラ
つきは内部抵抗の比によりキャンセルされる。したがっ
て閾値電圧Va,Vbは十分正確に設定可能である。また外
部抵抗の比(R20/R21,R20/R22)を変化させることによ
り、閾値電圧Va,Vbを所望の値に設定できる。
第2図は、この発明による閾値電圧生成回路の他の実
施例を示す回路図である。この実施例では、n個の閾値
電圧Va,Vb,…Vnを発生させるために、カレントミラー回
路を構成するトランジスタの数を第1図の実施例よりも
増やしている。増やされたトランジスタは、Q8として代
表的に図示してある。トランジスタQ5,Q6と同様に、ト
ランジスタQ8のコレクタは内部抵抗23を介して任意の定
電圧源24に接続され、エミッタは外部抵抗25を介して接
地されている。
前述したのと同様の動作によって、 で表わされる閾値電圧Vnが内部抵抗23の両端に発生され
る。このように、カレントミラー回路を構成するトラン
ジスタの数を増やすことによって、簡単に閾値電圧の数
を増やすことができる。
第3図は、この発明による閾値電圧生成回路のさらに
他の実施例を示す回路図である。この実施例では、第2
図の実施例におけるトランジスタQ4〜Q8としてpnpトラ
ンジスタを用い、電源VCCレベルと接地レベルとを逆転
している。この場合、閾値電圧Va,Vb,…Vnは接地レベル
から設定されることになる。動作は前述の実施例と同様
であり、したがってこの実施例においても前述の実施例
と同様、精度よく閾値電圧を設定することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、集積回路内
部にカレントミラー回路を設けるとともに、カレントミ
ラー回路の基準のトランジスタに内部電流源の電流を供
給し、カレントミラー回路の他のトランジスタに流れる
電流をカレントミラー回路に接続された外部抵抗の比に
より設定して、該他のトランジスタに流れる電流を内部
抵抗により電圧に変換しこの電圧を閾値電圧として用い
るようにしたので、閾値電圧は外部抵抗の比に応じて任
意に設定可能であり、またカレントミラー回路のトラン
ジスタの数を増やすことにより容易に閾値電圧の数を増
やすことができ、さらに集積回路内部の電流源を源泉と
する電流を内部抵抗で電圧に変換する際に、当該内部抵
抗と電流源の内部抵抗との比に応じて電圧値が決定され
ることにより、集積回路の製造バラつきもキャンセルさ
れる。したがって、簡単な回路構成で精度よく所望の値
のしかも所望の数の閾値電圧を生成できる閾値電圧生成
回路を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による閾値電圧生成回路の一実施例を
示す回路図、第2図はこの発明による閾値電圧生成回路
の他の実施例を示す回路図、第3図はこの発明による閾
値電圧生成回路のさらに他の実施例を示す回路図、第4
図および第5図は従来の閾値電圧生成回路を示す回路図
である。 図において、1は半導体集積回路、15は基準電流源、16
および17は内部抵抗、20,21および22は外部抵抗であ
る。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05F 3/26 H03F 3/343

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体集積回路内に形成された制御電極共
    通の第1,第2のトランジスタを含み、前記第1のトラン
    ジスタを基準トランジスタとしたカレントミラー回路
    と、 前記半導体集積回路内に形成され、前記第1のトランジ
    スタの一方電極に接続された電流源と、 前記半導体集積回路内に形成され、前記第2のトランジ
    スタの一方電極に接続されて流れる電流に応じた閾値電
    圧を生成する内部抵抗とを備え、 前記閾値電圧は、当該閾値電圧を生成する前記内部抵抗
    と前記電流源の内部抵抗との比に応じた値を有し、 前記半導体集積回路外に設けられ、前記第1,第2のトラ
    ンジスタの他方電極にそれぞれ接続されてその比により
    前記閾値電圧を設定する第1,第2の外部抵抗をさらに備
    える閾値電圧生成回路。
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