JP2849966B2 - Current switch circuit - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路の電流ス
イッチ回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current switch circuit of a semiconductor integrated circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は従来の電流スイッチ回路の回路図
である。ＮＰＮ型のトランジスタＱ１、Ｑ２によりカレ
ントミラー回路が構成されている。トランジスタＱ１の
コレクタには、半導体集積回路の内部又は外部に用意し
た定電流源ＩREF が接続されるとともに、ＮＰＮ型のト
ランジスタＱ３のコレクタが接続される。トランジスタ
Ｑ３のベースにはスイッチング信号ＶINがベースに導入
される。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional current switch circuit. A current mirror circuit is formed by the NPN transistors Q1 and Q2. The collector of the transistor Q1 is connected to a constant current source I REF prepared inside or outside the semiconductor integrated circuit, and is connected to the collector of an NPN transistor Q3. The switching signal V IN is introduced to the base of the transistor Q3.
【０００３】即ち、スイッチング信号ＶINに応じてトラ
ンジスタＱ３がオン・オフするに伴って、カレントミラ
ー回路がオン・オフし、スイッチング信号ＶINの状態が
変化すると、トランジスタＱ３のコレクタから取り出さ
れる出力電流ＩOUT の有無が変化するようになってい
る。That is, when the transistor Q3 is turned on and off in response to the switching signal V IN , the current mirror circuit is turned on and off, and when the state of the switching signal V IN changes, the output taken from the collector of the transistor Q3 is output. The presence or absence of the current I OUT changes.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】さて、トランジスタＱ
３が急激にオンオフすると、出力電流ＩOUT のスイッチ
ング波形の立ち上がり又は立ち下がりが急峻になる。と
ころが、使用用途によっては、これが却って問題を引き
起こすことになる。The transistor Q
3 rapidly turns on and off, the switching waveform of the output current I OUT rises or falls steeply. However, depending on the intended use, this may cause problems.
【０００５】例えば、フロッピーディスク装置における
消去ヘッドに供給すべき電流をオンオフするのに、半導
体集積回路の一部たる電流スイッチ回路を用いた場合、
出力電流のスイッチング波形の立ち上がり又は立ち下が
りが急峻になり過ぎると、消去ヘッドの磁気の作用で電
流スイッチ回路の出力電圧が瞬間的に非常に高くなり、
結果として半導体集積回路が破壊される虞れがある。For example, when a current switch circuit as a part of a semiconductor integrated circuit is used to turn on and off a current to be supplied to an erase head in a floppy disk drive,
If the rising or falling of the switching waveform of the output current becomes too steep, the output voltage of the current switch circuit becomes extremely high momentarily due to the magnetic action of the erase head,
As a result, the semiconductor integrated circuit may be destroyed.
【０００６】このような用途に用いられる電流スイッチ
回路は出力電流のスイッチング波形の立ち上がり又は立
ち下がりが滑らかであることが望ましい。そこで、従来
は半導体集積回路にコンデンサ等の外付け部品を接続す
ることで、電流スイッチ回路の出力電流が急激に変化し
ないように対処していた。ところが、外付け部品が別途
必要になると、製造コストが高くなり、出力電流が大き
ければ、比較的大きな容量のコンデンサが必要となるの
で、小型化を推進する上でも問題となる。It is desirable that the current switch circuit used in such an application has a smooth rising or falling edge of the switching waveform of the output current. Therefore, conventionally, an external component such as a capacitor is connected to the semiconductor integrated circuit to prevent the output current of the current switch circuit from abruptly changing. However, if external components are required separately, the manufacturing cost increases, and if the output current is large, a capacitor having a relatively large capacity is required, which is a problem in promoting miniaturization.
【０００７】本発明は上記した背景の下で創作されたも
のであり、その目的とするところは、特別な外付け部品
を必要とすることなく、出力電流のスイッチング波形の
立ち上がり又は立ち下がりを滑らかにすることができる
電流スイッチ回路を提供することにある。The present invention has been made in view of the above background, and has as its object to smooth the rising or falling of the switching waveform of the output current without requiring any special external components. It is an object of the present invention to provide a current switch circuit.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる電流スイ
ッチ回路は、入力されたスイッチング信号に応じてオン
オフする入力トランジスタと、入力トランジスタのオン
オフに応じて動作状態が決定される第１のカレントミラ
ー回路と、内蔵のコンデンサを有し、且つ第１のカレン
トミラー回路が動作しているとき、当該回路にて生成さ
れた電流によりコンデンサを充電する一方、第１カレン
トミラー回路が動作していないとき、当該コンデンサを
放電するコンデンサ回路と、コンデンサの両端電圧を所
定値にクランプするクランプ回路と、当該コンデンサの
両端電圧に応じた出力電流を生成する第２のカレントミ
ラー回路とを具備していることを特徴とする。A current switch circuit according to the present invention has an input transistor that is turned on and off in response to an input switching signal, and a first current mirror whose operation state is determined in accordance with the on and off of the input transistor. When the first current mirror circuit has a circuit and a built-in capacitor and the first current mirror circuit is operating, the capacitor is charged by the current generated by the circuit, while the first current mirror circuit is not operating A capacitor circuit that discharges the capacitor, a clamp circuit that clamps the voltage across the capacitor to a predetermined value, and a second current mirror circuit that generates an output current according to the voltage across the capacitor. It is characterized by.
【０００９】[0009]
【作用】入力されたスイッチング信号に応じて入力トラ
ンジスタのオンオフが切り換わる。と同時に、第１のカ
レントミラー回路の動作状態が決定される。第１のカレ
ントミラー回路が動作しているときには、当該回路にて
生成された電流によりコンデンサ回路に内蔵のコンデン
サが充電される。コンデンサの両端電圧が所定値になる
と、クランプ回路によりクランプされる。一方、第１の
カレントミラー回路が動作していないときには、当該回
路からコンデンサに供給される電流がないので、コンデ
ンサは放電状態となる。そしてコンデンサの両端電圧に
応じた出力電流が第２のカレントミラー回路にて生成さ
れる。従って、出力電流はスイッチング信号に応じた電
流となるが、コンデンサ回路の時定数により、スイッチ
ング信号が急激に変化したとしても、出力電流が急峻に
変化することはない。The ON / OFF state of the input transistor is switched according to the input switching signal. At the same time, the operation state of the first current mirror circuit is determined. When the first current mirror circuit is operating, a capacitor built in the capacitor circuit is charged by a current generated by the first current mirror circuit. When the voltage across the capacitor reaches a predetermined value, it is clamped by the clamp circuit. On the other hand, when the first current mirror circuit is not operating, there is no current supplied from the circuit to the capacitor, and the capacitor is discharged. Then, an output current corresponding to the voltage between both ends of the capacitor is generated by the second current mirror circuit. Therefore, although the output current becomes a current corresponding to the switching signal, the output current does not change abruptly even if the switching signal changes abruptly due to the time constant of the capacitor circuit.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明にかかる電流スイッチ回路の一
実施例を図面を参照して説明する。図１は実施例回路の
回路図、図２は回路動作を説明するための主要信号のタ
イミングチャートである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the current switch circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of the circuit of the embodiment, and FIG. 2 is a timing chart of main signals for explaining the circuit operation.
【００１１】ここに例をあげて説明する電流スイッチ回
路は、フロッピーディスク装置のヘッドを制御する半導
体集積回路の一部であって、消去ヘッドに供給すべき電
流をオンオフするための回路として用いられているもの
である。The current switch circuit described here by way of example is a part of a semiconductor integrated circuit for controlling a head of a floppy disk drive, and is used as a circuit for turning on and off a current to be supplied to an erasing head. Is what it is.
【００１２】半導体集積回路に内蔵の他の回路から入力
されたスイッチング信号ＶINはＰＮＰ型の入力トランジ
スタＱ６のベースに導入される。従って、入力トランジ
スタＱ６はスイッチング信号ＶINがＶL （図２参照）の
ときにオンとなる一方、ＶH（図２参照）のときにオフ
となり、スイッチング信号ＶINに応じてオンオフが切り
換わる。入力トランジスタＱ６のコレクタ出力は、次に
説明する第１のカレントミラー回路αの入力側に導かれ
ている。A switching signal V IN input from another circuit built in the semiconductor integrated circuit is introduced to the base of a PNP type input transistor Q6. Therefore, the input transistor Q6 turns on when the switching signal V IN is VL (see FIG. 2), turns off when it is at V H (see FIG. 2), and switches on / off in accordance with the switching signal V IN. . The collector output of the input transistor Q6 is guided to the input side of a first current mirror circuit α described below.
【００１３】第１のカレントミラー回路αはＰＮＰ型の
トランジスタＱ３、Ｑ４から構成されている。第１のカ
レントミラー回路αの入力側、より詳しくは、トランジ
スタＱ３のコレクタ側には、定電流源Ｉ0 （電流の大き
さもＩ0 として表す）、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１、
Ｑ２から構成された定電流回路βが接続されている。即
ち、第１のカレントミラー回路αの入力電流は、定電流
回路βにて供給されるようになっている。The first current mirror circuit α is composed of PNP transistors Q3 and Q4. On the input side of the first current mirror circuit α, more specifically, on the collector side of the transistor Q3, a constant current source I 0 (current magnitude is also expressed as I 0 ), an NPN type transistor Q1,
The constant current circuit β composed of Q2 is connected. That is, the input current of the first current mirror circuit α is supplied by the constant current circuit β.
【００１４】入力トランジスタＱ６がオフのときには、
第１のカレントミラー回路αが動作し、入力電流に対す
るトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタ面積比（ここでは
２）に応じた出力電流Ｉ1 がトランジスタＱ４のコレク
タから出力される。一方、入力トランジスタＱ６がオン
のときには、トランジスタＱ３、Ｑ４のベース電圧が略
電源電圧Ｖccまで上がることから、第１のカレントミラ
ー回路αが動作せず、出力電流Ｉ1 の大きさは０とな
る。即ち、第１のカレントミラー回路αは入力トランジ
スタＱ６のオンオフに応じて動作状態が決定されるよう
になっている。When the input transistor Q6 is off,
The first current mirror circuit α is operated, the emitter area ratio of the transistors Q3, Q4 output current I 1 corresponding to the (2 in this case) is outputted from the collector of the transistor Q4 to the input current. On the other hand, the input transistor Q6 is on, since the raised base voltage of the transistor Q3, Q4, to an power supply voltage Vcc, does not operate the first current mirror circuit α is a zero magnitude of the output current I 1 . That is, the operation state of the first current mirror circuit α is determined according to the on / off state of the input transistor Q6.
【００１５】第１のカレントミラー回路αの出力段には
コンデンサ回路γが接続されている。コンデンサ回路γ
は半導体集積回路に内蔵のコンデンサＣ（容量もＣとし
て表す）とトランジスタＱ５から構成されている。トラ
ンジスタＱ５のベースはトランジスタＱ１、Ｑ２のベー
スと共通にされているので、トランジスタＱ５のエミッ
タ電流Ｉ2 は第１のカレントミラー回路αの動作に関係
なく一定となる。The output stage of the first current mirror circuit α is connected to a capacitor circuit γ. Capacitor circuit γ
Is composed of a capacitor C (capacitance is also represented as C) built in the semiconductor integrated circuit and a transistor Q5. Since the base of the transistor Q5 is in common with the base of the transistor Q1, Q2, the emitter current I 2 of the transistor Q5 is constant irrespective of the operation of the first current mirror circuit alpha.
【００１６】コンデンサ回路γは、第１のカレントミラ
ー回路αが動作しているときには、出力電流Ｉ1 からエ
ミッタ電流Ｉ2 を差し引いた電流によりコンデンサＣを
充電（両端電圧をＶｃとする）する一方、第１カレント
ミラー回路αが動作していないときには、出力電流Ｉ1
が０であることから、コンデンサＣを放電するようにな
っている。なお、コンデンサＣの放電電流はトランジス
タＱ５を介して接地側に流れ、この大きさはエミッタ電
流Ｉ2 に略等しい。When the first current mirror circuit α is operating, the capacitor circuit γ charges the capacitor C with the current obtained by subtracting the emitter current I 2 from the output current I 1 (the voltage between both ends is Vc). , When the first current mirror circuit α is not operating, the output current I 1
Is 0, the capacitor C is discharged. The discharge current of the capacitor C through the transistor Q5 flows to the ground, the magnitude substantially equal to the emitter current I 2.
【００１７】コンデンサ回路γの出力段にはクランプ回
路εが接続されている。クランプ回路εは、ＰＮＰ型の
トランジスタＱ８、ＮＰＮ型のトランジスタＱ９、抵抗
Ｒ１、定電圧源ＶREF （この電圧もＶREF として表す）
から構成されている。トランジスタＱ８のエミッタベー
ス間電圧とトランジスタＱ９のベースエミッタ間電圧と
が等しいので、コンデンサＣの両端電圧ＶｃがＶREF よ
り小さいときには、トランジスタＱ８、Ｑ９が何れもオ
フとなる一方、コンデンサＣの両端電圧ＶｃがＶREF よ
り大きいときには、トランジスタＱ８、Ｑ９が何れもオ
ンとなる。この結果、コンデンサＣの出力電圧ＶｃはＶ
REF でクランプされる。A clamp circuit ε is connected to the output stage of the capacitor circuit γ. The clamp circuit ε includes a PNP transistor Q8, an NPN transistor Q9, a resistor R1, and a constant voltage source V REF (this voltage is also represented as V REF ).
It is composed of Since the base-emitter voltage of the emitter-base voltage of the transistor Q9 of the transistor Q8 is equal, when the voltage Vc across the capacitor C is less than V REF, while the transistors Q8, Q9 is both off, the voltage across the capacitor C Vc is when greater than V REF, the transistor Q8, Q9 are all turned on. As a result, the output voltage Vc of the capacitor C becomes V
Clamped at REF .
【００１８】コンデンサ回路γの出力段には、クランプ
回路εの他、第２のカレントミラー回路δが接続されて
いる。第２のカレントミラー回路δは、ＰＮＰ型のトラ
ンジスタＱ７、Ｑ１０〜Ｑ１５、抵抗Ｒ２から構成され
ている。トランジスタＱ７のベースにはコンデンサＣの
両端電圧Ｖｃが導入されており、両端電圧Ｖｃに比例し
たエミッタ電流が流れる。このエミッタ電流はトランジ
スタＱ１３、Ｑ１４からなるカレントミラー回路、トラ
ンジスタＱ１１、Ｑ１０からなるカレントミラー回路、
トランジスタＱ１２により順次増幅され、増幅された電
流が出力電流ＩOUT として出力される。即ち、第２のカ
レントミラー回路δは、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃに
比例した出力電流ＩOUT を生成するようになっている。A second current mirror circuit δ is connected to the output stage of the capacitor circuit γ in addition to the clamp circuit ε. The second current mirror circuit δ includes PNP transistors Q7, Q10 to Q15, and a resistor R2. The voltage Vc across the capacitor C is introduced into the base of the transistor Q7, and an emitter current proportional to the voltage Vc across the capacitor C flows. This emitter current is supplied to a current mirror circuit composed of transistors Q13 and Q14, a current mirror circuit composed of transistors Q11 and Q10,
The current is sequentially amplified by the transistor Q12, and the amplified current is output as the output current I OUT . That is, the second current mirror circuit δ generates an output current I OUT proportional to the charging voltage Vc of the capacitor C.
【００１９】なお、本実施例では、フロッピーディスク
装置の消去ヘッドに出力電流ＩOUTが供給される。In this embodiment, the output current I OUT is supplied to the erasing head of the floppy disk drive.
【００２０】次に、電流スイッチ回路の動作について図
２を参照して説明する。図２中上段には、スイッチング
信号ＶINのスイッチング波形が示されている。スイッチ
ング信号ＶINがＶL からＶH に立ち上がると、第１のカ
レントミラー回路αが動作して、これから出力電流Ｉ1
が出力される。Next, the operation of the current switch circuit will be described with reference to FIG. In the upper part of FIG. 2, the switching waveform of the switching signal V IN is shown. When the switching signal V IN rises from V L to V H , the first current mirror circuit α operates and the output current I 1
Is output.
【００２１】なお、電流Ｉ0 を１０μＡとし、トランジ
スタＱ２、Ｑ２、Ｑ６のエミッタ面積比を１０：１：１
にした場合、出力電流Ｉ1 ＝Ｉ0 ／５＝２μＡ、トラン
ジスタＱ６のエミッタ電流Ｉ2 ＝Ｉ0 ／１０＝１μＡと
なる。The current I 0 is 10 μA, and the emitter area ratio of the transistors Q2, Q2, Q6 is 10: 1: 1.
If you, the emitter current I 2 = I 0/10 = 1μA of the output current I 1 = I 0/5 = 2μA, transistor Q6.
【００２２】コンデンサＣには出力電流Ｉ1 から電流か
らエミッタ電流Ｉ2 を差し引いた電流が流れ、これによ
りコンデンサＣが充電され、コンデンサＣの両端電圧Ｖ
ｃは（Ｉ1 −Ｉ2 ）／Ｃの傾きで上昇する。しかし両端
電圧Ｖｃはクランプ回路εによりＶREF でクランプされ
る。立ち上がり時間ｔr はＣ・ＶREF ／（Ｉ1 −Ｉ2）
で表される。[0022] The capacitor C current flows minus the emitter current I 2 from the current from the output current I 1, which capacitor C is charged by the voltage across V of the capacitor C
c increases with a slope of (I 1 −I 2 ) / C. However, the both-ends voltage Vc is clamped at V REF by the clamp circuit ε. The rise time tr is C ・ V REF / (I 1 -I 2 )
It is represented by
【００２３】その後、スイッチング信号ＶINがＶH から
ＶL に立ち下がると、第１のカレントミラー回路αが動
作せず、出力電流Ｉ1 は０となる。よって、コンデンサ
Ｃの放電が開始し、コンデンサＣの両端電圧ＶｃはＩ2
／Ｃの傾きで下降してほぼ０Ｖまで下がる。立ち下がり
時間ｔf はＣ・ＶREF ／Ｉ2 で表される。従って、コン
デンサＣの両端電圧Ｖｃの波形は図２中段に示す通りと
なる。Thereafter, when the switching signal V IN falls from V H to V L , the first current mirror circuit α does not operate, and the output current I 1 becomes zero. Accordingly, discharging of the capacitor C starts, and the voltage Vc across the capacitor C becomes I 2
It falls at a slope of / C and falls to almost 0V. The fall time t f is represented by C · V REF / I 2 . Accordingly, the waveform of the voltage Vc across the capacitor C is as shown in the middle part of FIG.
【００２４】一方、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃは第２
のカレントミラー回路δにより電流に変換され、出力電
流ＩOUT はＶｃ／Ｒ２に略等しい電流となる。出力電流
ＩOUT の波形は図２下段に示す通りとなり、立ち上がり
又は立ち下がりは非常に滑らかとなる。それ故、フロッ
ピーディスク装置における消去ヘッドの磁気の作用によ
って電流スイッチ回路の出力電圧が瞬間的に高くなると
いうことが未然に防止され、半導体集積回路が破壊され
る虞れもなくなる。On the other hand, the voltage Vc across the capacitor C is
And the output current I OUT becomes a current substantially equal to Vc / R2. The waveform of the output current I OUT is as shown in the lower part of FIG. 2, and the rising or falling becomes very smooth. Therefore, the instantaneous increase in the output voltage of the current switch circuit due to the magnetic action of the erasing head in the floppy disk device is prevented, and there is no danger of the semiconductor integrated circuit being destroyed.
【００２５】また、立ち上がり時間ｔr 、立ち下がり時
間ｔf をともに２０μｓに設定すれば、コンデンサＣの
容量値はＶREF ＝１Ｖのとき、２０ｐＦとなり、半導体
集積回路に十分内蔵可能な値となる。If both the rise time t r and the fall time t f are set to 20 μs, the capacitance value of the capacitor C becomes 20 pF when V REF = 1 V, which is a value which can be sufficiently incorporated in the semiconductor integrated circuit. .
【００２６】更に必要に応じて、Ｉ0 、ＶREF を温度に
対して一定になるように設計した上で、コンデンサＣの
温度特性を良いものにし、抵抗Ｒ２を外付けにして温度
特性の良好なものにすると、出力電流ＩOUT の大きさは
温度変化に対して大きく変化しない。また外付けの抵抗
Ｒ２を可変にすると、出力電流ＩOUT の大きさも可変に
でき、立ち上がり時間ｔr 、立ち下がり時間ｔf もほぼ
一定にすることができる。Further, if necessary, I 0 and V REF are designed so as to be constant with respect to temperature, and the temperature characteristics of the capacitor C are improved, and the resistance R 2 is externally provided to improve the temperature characteristics. In this case, the magnitude of the output current I OUT does not change significantly with a change in temperature. Also when the external resistor R2 in the variable, the magnitude of the output current I OUT may be variable, it is possible to rise time t r, fall time t f is also substantially constant.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上、本発明にかかる電流スイッチ回路
は、回路構成上、出力電流のスイッチング波形の立ち上
がり又は立ち下がりを滑らかにすることができる。しか
も大きな容量のコンデンサが必要としないので、これを
半導体集積回路に内蔵とすることができる。それ故、特
別な外付け部品を必要とせず、コストダウンを図ること
ができ、装置全体の小型化を推進する上でメリットがあ
る。As described above, in the current switch circuit according to the present invention, the rising or falling of the switching waveform of the output current can be made smooth due to the circuit configuration. In addition, since a large-capacity capacitor is not required, this can be built in the semiconductor integrated circuit. Therefore, no special external parts are required, the cost can be reduced, and there is an advantage in promoting the miniaturization of the entire device.
【図１】本発明にかかる電流スイッチ回路の一実施例を
説明するための図であり、実施例回路の回路図である。FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a current switch circuit according to the present invention, and is a circuit diagram of the embodiment circuit.
【図２】回路動作を説明するための主要信号のタイミン
グチャートである。FIG. 2 is a timing chart of main signals for explaining a circuit operation.
【図３】従来の電流スイッチ回路を説明するための回路
図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a conventional current switch circuit.
Ｑ６ 入力トランジスタ α 第１のカレントミラー回路α β 定電流源回路 γ コンデンサ回路 Ｃ コンデンサ ε クランプ回路 δ 第２のカレントミラー回路 Q6 input transistor α first current mirror circuit α β constant current source circuit γ capacitor circuit C capacitor ε clamp circuit δ second current mirror circuit
Claims (1)
ンオフする入力トランジスタと、入力トランジスタのオ
ンオフに応じて動作状態が決定される第１のカレントミ
ラー回路と、内蔵のコンデンサを有し、且つ第１のカレ
ントミラー回路が動作しているとき、当該回路にて生成
された電流によりコンデンサを充電する一方、第１カレ
ントミラー回路が動作していないとき、当該コンデンサ
を放電するコンデンサ回路と、コンデンサの両端電圧を
所定値にクランプするクランプ回路と、当該コンデンサ
の両端電圧に応じた出力電流を生成する第２のカレント
ミラー回路とを具備していることを特徴とする電流スイ
ッチ回路。An input transistor that is turned on and off in response to an input switching signal; a first current mirror circuit whose operation state is determined in accordance with on and off of the input transistor; When the current mirror circuit is operating, the capacitor is charged by the current generated by the current mirror circuit, while when the first current mirror circuit is not operating, the capacitor circuit discharges the capacitor; A current switch circuit comprising: a clamp circuit that clamps a voltage to a predetermined value; and a second current mirror circuit that generates an output current according to a voltage across the capacitor.
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