JP4548562B2 - カレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路 - Google Patents

カレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路に関し、特に低電源電圧でも高精度のカレントミラーが得られるカレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
カレントミラー回路は、第1トランジスタに接続された第2トランジスタに、第1トランジスタに流れた電流に対して同じ電流、又は比例した電流を鏡(ミラー)のように流す回路である。カレントミラー回路の従来例として、特開2000−114891号公報に開示された“電流源回路”を図6に示す。
【0003】
図6は、従来のカレントミラー回路の構成を示す回路図である。
【0004】
図6に示されるように、符号101は従来のカレントミラー回路である。従来のカレントミラー回路101は、演算増幅器111、定電流源130、NチャネルMOSトランジスタQ101、Q102、Q103から構成される。以下、NチャネルMOSトランジスタをNMOSトランジスタと称す。
【0005】
定電流源130の両端子のうちの一方の端子には、図示せぬ高位側電圧源が接続され、電源電圧VDDが入力/供給される。定電流源130の他方の端子には、NMOSトランジスタQ101のドレイン電極、演算増幅器111の非反転入力端子が接続され、定電流源130は、電源電圧VDDにより基準電流Iinを供給する。NMOSトランジスタQ101のドレイン電極は、NMOSトランジスタQ101のゲート電極に接続されている。
【0006】
NMOSトランジスタQ102のドレイン電極は、演算増幅器111の反転入力端子に接続され、NMOSトランジスタQ103のソース電極に接続されている。NMOSトランジスタQ102のゲート電極は、NMOSトランジスタQ101のゲート電極に接続されている。NMOSトランジスタQ101及びNMOSトランジスタQ102のソース電極は接地されている。
【0007】
NMOSトランジスタQ103のゲート電極は、演算増幅器111の出力端子に接続されている。NMOSトランジスタQ103のドレイン電極は出力端子Zに接続され、出力端子Zは図示せぬ負荷回路に接続され、図示せぬ負荷回路には基準電流Iinに応じた出力電流Iout(端子Z−接地間電圧:出力電圧Vout)が供給される。
【0008】
演算増幅器111により、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧はNMOSトランジスタQ101のドレインとほぼ等しく設定される。負荷回路の変動などによりNMOSトランジスタQ103のドレイン電圧が変化したとき、それに応じてNMOSトランジスタQ103のソース、即ち、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧が変化する。NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧の変化に応じて演算増幅器111の出力電圧も変化する。
【0009】
例えば、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧が上昇し、NMOSトランジスタQ101のドレイン電圧より高くなると、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧の上昇分に応じて、NMOSトランジスタQ101、Q102のドレイン電圧には電圧差が生じる。電圧差に応じて演算増幅器111の出力電圧は降下する。NMOSトランジスタQ103の閾値電圧が一定であるため、そのゲート電圧の降下に伴いソース電圧も低下し、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧はほぼ一定に保持される。一方、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧が降下し、NMOSトランジスタQ101のドレイン電圧より低くなるとき、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧の降下分に応じて、演算増幅器111の出力電圧が上昇する。これに応じてNMOSトランジスタQ103のソース電圧が上昇し、NMOSトランジスタQ102のドレイン電圧の降下傾向が抑制される。
【0010】
上述したように、NMOSトランジスタQ103のドレインに接続されている図示せぬ負荷回路の変動などにより生じるNMOSトランジスタQ102のドレイン電圧の変動が演算増幅器111により抑えられ、NMOSトランジスタQ102のドレインはほぼ一定のレベル、即ち、NMOSトランジスタQ101のドレイン電圧と等しいレベルに保持される。NMOSトランジスタQ102とNMOSトランジスタQ101は同じ条件、例えば、同じサイズ、かつキャリアの移動度が等しい場合に、NMOSトランジスタQ102にはNMOSトランジスタQ101と同じ電流が流れる。即ち、NMOSトランジスタQ103のドレインに基準電流Iinとほぼ同じ出力電流Ioutが流れる。図示せぬ負荷回路には出力電流Ioutに対応した出力電圧Vout(端子Z−接地間電圧)が供給される。
【0011】
一般的にMOSトランジスタのドレイン電流IDSは飽和領域において、
DS=(1/2)×μ×COX×(W/L)×(VGS−V×(1+λ×VDS) 式1
で表される。式1においてμはキャリアの移動度、COXはゲート酸化膜厚、Lはチャネル長、Wはチャネル幅、Vは閾値電圧、VGSはゲート−ソース間電圧、VDSはドレイン−ソース間電圧、λはチャネル長変調係数である。この式1に示されるように、通常のカレントミラー回路においては、ゲート−ソース間電圧VGSを等しくしても、ドレイン−ソース間電圧VDSが入力側のNMOSトランジスタQ101と出力側のNMOSトランジスタQ102でドレイン−ソース間電圧VDSが異なるため、チャネル長変調係数λによるチャネル長変調効果によって入力電流(基準電流Iin)と出力電流Ioutで大きな誤差が発生していた。このチャネル長変調効果による誤差を小さくするために、カレントミラー回路をカスコード接続にする等で対策を取るのが一般的である。
【0012】
カスコードカレントミラー回路については、例えば、“アナログ集積回路設計技術・下巻(1990)”の286〜288ページに記載されたP.R.グレイらによる書籍に述べられ、カレントミラー回路をカスコード接続にすることでカレントミラー回路の出力抵抗を上げることができる。その結果として、チャネル長変調効果による誤差を小さくできる。
【0013】
図6に示された従来のカレントミラー回路101は、演算増幅器111によって強制的にNMOSトランジスタQ101、Q102のドレイン−ソース間電圧を等しくすることで精度のよいカレントミラー回路が実現できる。
【0014】
また、特開2000−341126号公報では、“D/A変換回路およびそれを用いた圧力センサ回路”が開示されている。このD/A変換回路は、カレントミラー回路よりなり出力側のトランジスタに出力電流決定用のR−2Rラダー回路が接続されるとともにR−2Rラダー回路に入力されるデジタル値に応じた電流を出力する定電流回路と、定電流回路の出力電流に比例した電圧値を出力する電流−電圧変換回路とを備え、電流−電圧変換回路の出力電圧を出力したことを特徴としている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開2000−114891号公報に示されている技術によれば、従来のカレントミラー回路101を正常動作させるためには、全てのトランジスタ(NMOSトランジスタQ101、Q102、Q103)を飽和領域で動作させる必要がある。すなわち、NMOSトランジスタQ101、Q102、Q103を
DS>VGS−V 式2
の条件で動作させる必要がある。
【0016】
前述した従来のカレントミラー回路101における出力側がNMOSトランジスタQ102、Q103によって、2つのMOSトランジスタの縦積み(カスコード接続)となっている。このため、例えばGND(接地)を基準にし、かつそれぞれのトランジスタのサイズ(W/L L:チャネル長、W:チャネル幅)が同じ場合、基板効果(バックゲート効果)を無視すると、従来のカレントミラー回路101は、出力電圧Vout(端子Z−接地間電圧)の値が(VGS−V)の2倍以上の値でないと正常動作でない。即ち、従来のカレントミラー回路101によれば、低電源電圧(電源電圧VDDが低電圧の場合)では高精度が得られないという欠点がある。これは、従来のカレントミラー回路101は、出力側がNMOSトランジスタQ102、Q103によって、2つのトランジスタの縦積み(カスコード接続)となっているためである。
【0017】
本発明の目的は、低電源電圧でも高精度のカレントミラーが得られるカレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路を提供することにある。
【0018】
本発明の他の目的は、チャネル長変調効果のない高精度のカレントミラーが得られるカレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中の請求項対応の技術的事項には、括弧()付きで、番号、記号等が添記されている。
その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明白にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈することを意味しない。
【0020】
本発明によるカレントミラー回路は、第1の定電流源(30)と、第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)と、第1の演算増幅器(11)と、第2の演算増幅器(12)とを具備する。第1の定電流源(30)は、第1の基準電圧(31)に基づいて第1ノード(C)に定電流を出力する。第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)は、ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続されている。第1のMOSトランジスタ(Q1)のドレインは第1のノード(C)に接続されている。第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインは第2のノード(A)に動作的に接続されている。第1の演算増幅器(11)は、第1のノード(C)と第3のノード(B)にそれぞれ接続された入力端子と、第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)のゲートに接続された出力端子を有する。
第3のノード(B)は第2の基準電圧(21)に接続されている。第3のノード(B)は第2の基準電圧(21)に接続されている。第2の演算増幅器(12)は、第2と第3のノード(A、B)にそれぞれ接続された入力端子と、帰還回路を介して第2のノード(A)に接続された出力端子を有する。
【0021】
第1の定電流源(30)は、第1の基準電圧(31)と、第3のMOSトランジスタ(Q30)と、第3の演算増幅器(32)と、カスコード接続のカレントミラー回路(33)とを具備する。第3の演算増幅器(32)は、第1の基準電圧(31)と第3のMOSトランジスタ(Q30)のソースに接続された入力端子と、第3のMOSトランジスタ(Q30)のゲートに接続された出力端子を有する。カスコード接続のカレントミラー回路(33)は、第3のMOSトランジスタ(Q30)のドレインと、電源電圧(VDD)と、第1のノード(C)に接続されている。
【0022】
本発明によるカレントミラー回路は、第2の抵抗(R2)と第4のMOSトランジスタ(Q3)と、第5のMOSトランジスタ(Q4)とを更に具備する。第2のノード(A)は、第1の抵抗(R1)を介して信号電圧に接続されている。
第2の抵抗(R2)と第4のMOSトランジスタ(Q3)は、電源電圧(VDD)と第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインとの間に直列に接続されている。第5のMOSトランジスタ(Q4)は、第2のノード(A)と第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインとの間に直列に接続されている。
【0023】
本発明によるアナログデジタル変換回路は、第1の定電流源(30)と、第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)と、第2の抵抗(R2)と第4のMOSトランジスタ(Q3)と、第5のMOSトランジスタ(Q4)と、第1の演算増幅器(11)と、第2の演算増幅器(12)と、比較器(13)とを具備する。第1の定電流源(30)は、第1の基準電圧(31)に基づいて第1ノード(C)に定電流を出力する。第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)は、ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続されている。第1のMOSトランジスタ(Q1)のドレインは第1のノード(C)に接続されている。第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインは第2のノード(A)に動作的に接続されている。第2のノード(A)は、第1の抵抗(R1)を介して信号電圧に接続されている。第2の抵抗(R2)と第4のMOSトランジスタ(Q3)は、電源電圧(VDD)と第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインとの間に直列に接続されている。第5のMOSトランジスタ(Q4)は、第2のノード(A)と第2のMOSトランジスタ(Q2)のドレインとの間に直列に接続されている。第1の演算増幅器(11)は、第1のノード(C)と第3のノード(B)にそれぞれ接続された入力端子と、第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)のゲートに接続された出力端子を有する。第3のノード(B)は第2の基準電圧(21)に接続されている。第2の演算増幅器(12)は、第2と第3のノード(A、B)にそれぞれ接続された入力端子と、第1のキャパシタ(C1)を介して第2のノード(A)に接続された出力端子を有する。第2の演算増幅器(12)は積分器として働く。比較器(13)は、第2の演算増幅器(12)の出力と所定の電圧を比較して比較結果出力を出力する。
【0024】
第1の定電流源(30)は、第1の基準電圧(31)と、第3のMOSトランジスタ(Q30)と、第3の演算増幅器(32)と、カスコード接続のカレントミラー回路(33)とを具備する。第3の演算増幅器(32)は、第1の基準電圧(31)と第3のMOSトランジスタ(Q30)のソースに接続された入力端子と、第3のMOSトランジスタ(Q30)のゲートに接続された出力端子を有する。カスコード接続のカレントミラー回路(33)は、第3のMOSトランジスタ(Q30)のドレインと、電源電圧(VDD)と、第1のノード(C)に接続されている。
【0025】
本発明によるアナログデジタル変換回路は、スイッチング制御回路(15)を更に具備する。スイッチング制御回路(15)は、比較器(13)の比較結果出力に基づいて第4と第5のMOSトランジスタ(Q3、Q4)のスイッチング動作を制御する。
【0026】
本発明によるアナログデジタル変換回路は、第6と第7のMOSトランジスタ(Q6、Q5)と、第3の基準電圧(21)とを更に具備する。第6と第7のMOSトランジスタ(Q6、Q5)は直列に接続されている。第3の基準電圧(22)は第6のMOSトランジスタ(Q6)のゲートに接続されている。第6のMOSトランジスタ(Q6)のドレインは第3のノード(B)に接続されている。
第1の演算増幅器(11)の入力端子は、第3のノード(B)に代えて、第6と第7のMOSトランジスタ(Q6、Q5)の間のノードに接続されている。第7のMOSトランジスタ(Q5)のゲートは第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)のゲートに接続されている。
【0027】
第1の演算増幅器(11)は、第8と第9のMOSトランジスタ(Q7、Q8)と、第2の定電流源(35)と、第10と第11のMOSトランジスタ(Q9、Q10)とを具備する。第8と第9のMOSトランジスタ(Q7、Q8)は、ソースが互いに接続されている。第2の定電流源(35)は、第8と第9のMOSトランジスタ(Q7、Q8)のソースに接続されている。第10と第11のMOSトランジスタ(Q9、Q10)は、ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続されている。第10のMOSトランジスタ(Q9)のドレインは第8のMOSトランジスタ(Q7)のドレインと、第10のMOSトランジスタ(Q9)のゲートとに接続されている。第11のMOSトランジスタ(Q10)のドレインは第1と第2のMOSトランジスタ(Q1、Q2)のゲートと、第9のMOSトランジスタ(Q8)のドレインとに接続されている。第8と第9のMOSトランジスタ(Q7、Q8)のゲートは、第1の演算増幅器(11)の入力端子に対応する。第8のMOSトランジスタ(Q7)のゲートは第1のノード(C)に接続されている。第9のMOSトランジスタ(Q8)のゲートは第3のノード(B)に接続されている。第11のMOSトランジスタ(Q10)のドレインは、第1の演算増幅器(11)の出力端子に対応する。
【0028】
本発明によるアナログデジタル変換回路は、位相補償回路を更に具備する。位相補償回路は、第1のMOSトランジスタ(Q1)のドレインとゲートとの間に接続されている。
【0029】
位相補償回路は直列に接続された第3の抵抗(R3)と第2のキャパシタ(C2)とを具備する。第3の抵抗(R3)は第1のMOSトランジスタ(Q1)のドレインに接続されている。第2のキャパシタ(C2)は第1のMOSトランジスタ(Q1)のゲートに接続されている。
【0030】
所定の電圧は第2の基準電圧(21)と同一である。
【0031】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明によるカレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路の実施の形態を以下に説明する。
【0032】
図1は、本発明のカレントミラー回路の構成を示す回路図である。
【0033】
符号1は本発明のカレントミラー回路である。カレントミラー回路1は、定電流源30、演算増幅器11、NチャネルMOSトランジスタQ1、Q2、演算増幅器12、基準電圧源21、抵抗素子R1から構成される。以下、NチャネルMOSトランジスタをNMOSトランジスタと称す。
【0034】
定電流源30の両端子のうちの一方の端子には、図示せぬ高位側電圧源が接続され、電源電圧VDDが入力/供給される。定電流源30の他方の端子Cには、NMOSトランジスタQ1のドレイン電極、演算増幅器11の非反転入力端子が接続され、定電流源30は基準電流Iinを供給する。
【0035】
演算増幅器11の出力端子は、NMOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極に接続されている。NMOSトランジスタQ2のドレイン電極は端子Aに接続され、端子Aには演算増幅器12の反転入力端子と、抵抗素子R1の両端子のうちの一方の端子とが接続されている。
【0036】
基準電圧源21の両端子のうちの正極端子には端子Bと、演算増幅器12の非反転入力端子とが接続され、端子Bには演算増幅器11の反転入力端子が接続され、基準電圧源21は基準電圧Vを供給する。NMOSトランジスタQ1、Q2のソース電極、基準電圧源21の負極端子は、図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。
【0037】
演算増幅器12の出力端子は、抵抗素子R1の他方の端子、図示せぬ負荷回路に接続され、図示せぬ負荷回路には出力電圧Voutが供給される。
【0038】
また、定電流源30は、基準電圧源31、演算増幅器32、抵抗素子R30、NMOSトランジスタQ30、カスコードカレントミラー回路33から構成される。カスコードカレントミラー回路33は、PチャネルMOSトランジスタQ31、Q32、Q33、Q34から構成される。以下、PチャネルMOSトランジスタをPMOSトランジスタと称す。
【0039】
基準電圧源31の両端子のうちの正極端子は、演算増幅器32の非反転入力端子に接続され、基準電圧源31は基準電圧Vrefを供給する。演算増幅器32の反転入力端子は、NMOSトランジスタQ30のソース電極、抵抗素子R30の一方の端子に接続されている。基準電圧源31の負極端子、抵抗素子R30の他方の端子は、図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。
演算増幅器32の出力端子は、NMOSトランジスタQ30のゲート電極に接続されている。NMOSトランジスタQ30のドレイン電極は、PMOSトランジスタQ32のドレイン電極に接続されている。PMOSトランジスタQ32のドレイン電極は、カスコードカレントミラー回路33の入力端子に対応する。
【0040】
PMOSトランジスタQ32のドレイン電極は、PMOSトランジスタQ32のゲート電極に接続されている。PMOSトランジスタQ32のゲート電極は、PMOSトランジスタQ34のゲート電極に接続されている。PMOSトランジスタQ32のソース電極は、PMOSトランジスタQ31のドレイン電極に接続されている。
【0041】
PMOSトランジスタQ31のドレイン電極は、PMOSトランジスタQ31のゲート電極に接続されている。PMOSトランジスタQ31のゲート電極は、PMOSトランジスタQ33のゲート電極に接続されている。PMOSトランジスタQ33のドレイン電極は、PMOSトランジスタQ34のソース電極に接続されている。
【0042】
PMOSトランジスタQ31、Q33のソース電極には、図示せぬ高位側電圧源が接続され、電源電圧VDDが入力/供給され、PMOSトランジスタQ31、Q33のソース電極は、前述した定電流源30の一方の端子に対応する。PMOSトランジスタQ34のドレイン電極は、NMOSトランジスタQ1のドレイン電極、演算増幅器11の非反転入力端子に接続され、PMOSトランジスタQ34は基準電流Iinを供給する。PMOSトランジスタQ34のドレイン電極は、カスコードカレントミラー回路33の出力端子に対応する。また、カスコードカレントミラー回路33の出力端子は、前述した定電流源30の他方の端子に対応する。
【0043】
次に、前述したカレントミラー回路1の動作について図1を参照しながら説明する。
【0044】
図1に示されるように、定電流源30における演算増幅器32の非反転入力端子には、基準電圧源31から基準電圧Vrefが供給される。この基準電圧Vrefは、例えば、バンドギャップリファレンス回路で発生した基準電圧であり、電源電圧VDD及び温度の依存性のない安定した電圧である。演算増幅器32のDCゲインが十分に大きい場合、演算増幅器32の出力がNMOSトランジスタQ30のソースから演算増幅器32の反転入力端子に帰還されることにより、演算増幅器32の反転入力端子と非反転入力が仮想接地であることを利用して、演算増幅器32は、抵抗素子R30に印加される電圧、即ち、NMOSトランジスタQ30のソース電圧を基準電圧Vrefと同じレベルに保持する。抵抗素子R30の抵抗値をR30とすると、抵抗素子R30に流れる電流はVref/R30となり、基準電圧源31からの基準電圧Vrefと抵抗素子R30の抵抗値R30とにより正確に設定される。このため、NMOSトランジスタQ30のドレイン電流は、電源電圧VDD及び温度変化に依存せずに、安定した基準電流Iin(=Vref/R30)となる。
【0045】
NMOSトランジスタQ30から出力される基準電流Iinは、PMOSトランジスタQ31、Q32、Q33、Q34で構成されているカスコードカレントミラー回路33に入力される。カスコードカレントミラー回路33において、カスコードカレントミラー回路33の出力抵抗が大きくなりチャネル変調効果がなくなって、安定した基準電流Iinが得られる。カスコードカレントミラー回路33は、チャネル変調効果のない安定した基準電流Iinを定電流源30の出力電流として、NMOSトランジスタQ1、演算増幅器11の非反転入力端子に供給する。
【0046】
定電流源30により供給される基準電流Iinは、NMOSトランジスタQ1に流れる。また、演算増幅器11の非反転入力端子、演算増幅器12の反転入力端子には、基準電圧源21から基準電圧Vが供給されている。
【0047】
演算増幅器12は、演算増幅器12の出力が抵抗素子R1を介して演算増幅器12の反転入力端子に帰還されることにより、演算増幅器12のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。
即ち、端子A−接地間と端子B−接地間の電圧は等しくなる。演算増幅器11は、演算増幅器11のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。即ち、端子B−接地間と端子C−接地間の電圧は等しくなる。この結果、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)とが等しくなる。
【0048】
カレントミラー回路1によれば、NMOSトランジスタQ1、Q2もカスコードカレントミラー回路を用いればドレイン−ソース間電圧VDS依存性の極めて小さいカレントミラーを実現できるが、MOSトランジスタを4段縦積みにする必要がある。一般的なカレントミラー回路の精度を確保するためには、カレントミラー回路内の全てのトランジスタを飽和領域で動作させる必要があるが、近年のLSI微細化に伴う電源電圧の低下に対しては、4段縦積みとなるカスコードカレントミラー回路では実現が難しくなってきている。例えば電源電圧VDDが2.5〔V〕±0.2〔V〕の単電源等の低い電圧においては実現が極めて難しい。
【0049】
前述したカレントミラー回路1が正常動作するための条件は、NMOSトランジスタQ2が飽和領域で動作するだけの電圧、即ち、(VGS−V)以上の値に緩和できる。これにより、カレントミラー回路1は、従来のカレントミラー回路101の1/2倍の電圧で正常動作し、電源電圧VDDが2.5〔V〕±0.2〔V〕の単電源のような低電源電圧でも高精度のカレントミラーが得られる。
【0050】
また、カレントミラー回路1は、演算増幅器12が、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、基準電圧源21による基準電圧V(端子B−接地間電圧)とを等しくするように動作し、演算増幅器11が、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)と、基準電圧源21による基準電圧V(端子B−接地間電圧)とを等しくするように動作する。この結果、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)とが等しくなる。NMOSトランジスタQ2のドレインには、NMOSトランジスタQ1と同じ基準電流Iinが流れる。このため、式1のチャネル長変調効果のない極めて高精度なカレントミラー回路が実現できる。
【0051】
以上の説明により、本発明のカレントミラー回路1によれば、低電源電圧でも高精度のカレントミラーが得られる。
【0052】
また、本発明のカレントミラー回路1によれば、チャネル長変調効果のない高精度のカレントミラーが得られる。
【0053】
次に、図2を参照して、前述したカレントミラー回路1をアナログデジタル変換回路に応用した第1の例を説明する。
【0054】
図2に示されるように、符号2は前述したカレントミラー回路1を応用したアナログデジタル変換回路である。アナログデジタル変換回路2は、定電流源30、演算増幅器11、演算増幅器12、比較器13、カウンタ14、スイッチング制御回路15、インバータ16、基準電圧源21、容量素子C1、抵抗素子R1、R2、NチャネルMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4から構成される。このアナログデジタル変換回路2は、電荷平衡方式におけるカレントスイッチ部分(NチャネルMOSトランジスタQ3、Q4)に前述したカレントミラー回路1を応用した回路である。以下、NチャネルMOSトランジスタをNMOSトランジスタと称す。また、アナログデジタル変換回路2では、前述したカレントミラー回路1と同様な構成要素について同符号を付している。また、アナログデジタル変換回路2における定電流源30の回路構成は、カレントミラー回路1における定電流源30の回路構成と同様である。
【0055】
定電流源30の両端子のうちの一方の端子、抵抗素子R2の両端子のうちの一方の端子には、図示せぬ高位側電圧源が接続され、電源電圧VDDが入力/供給される。定電流源30の他方の端子Cには、NMOSトランジスタQ1のドレイン電極、演算増幅器11の非反転入力端子が接続され、定電流源30は基準電流Iinを供給する。
【0056】
演算増幅器11の出力端子は、NMOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極に接続されている。NMOSトランジスタQ2のドレイン電極は、NMOSトランジスタQ3、Q4のソース電極に接続されている。NMOSトランジスタQ3のドレイン電極は、抵抗素子R2の他方の端子に接続されている。抵抗素子R1の両端子のうちの一方の端子には端子Dが接続され、図示せぬ信号電圧源から信号電圧が入力/供給される。NMOSトランジスタQ4のドレイン電極は、抵抗素子R1の他方の端子と、端子Aとが接続され、端子Aには演算増幅器12の反転入力端子と、容量素子C1の両端子のうちの一方の電極とが接続されている。
【0057】
基準電圧源21の両端子のうちの正極端子には端子Bと、演算増幅器12の非反転入力端子と、端子Fとが接続され、端子Bには演算増幅器11の反転入力端子が接続され、端子Fには比較器13の反転入力端子が接続され、基準電圧源21は基準電圧Vを供給する。NMOSトランジスタQ1、Q2のソース電極、基準電圧源21の負極端子は、図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。
【0058】
演算増幅器12の出力端子には容量素子C1の他方の電極と、端子Eとが接続され、端子Eには比較器13の非反転入力端子が接続され、比較器13の非反転入力端子には演算増幅器12の出力端子から出力電圧Voutが供給される。ここで、演算増幅器12は積分器として働く。比較器13の出力端子は、スイッチング制御回路15の入力端子に接続され、カウンタ14の入力端子に接続されている。また、カウンタ14及びスイッチング制御回路15には外部からサンプリングクロック周波数が入力される。ここで、サンプリングクロック周波数はfsとする。スイッチング制御回路15の出力端子は、インバータ16の入力端子に接続され、NMOSトランジスタQ4のゲート電極に接続されている。インバータ16の出力端子は、NMOSトランジスタQ3のゲート電極に接続されている。
【0059】
次に、アナログデジタル変換回路2の動作について図2を参照しながら説明する。
【0060】
図2に示されるように、定電流源30により供給される基準電流Iinは、NMOSトランジスタQ1に流れる。演算増幅器11の反転入力端子、演算増幅器12の非反転入力端子、比較器13の反転入力端子には、基準電圧源21から基準電圧Vが供給されている。抵抗素子R1の両端子のうちの一方の端子には、外部から電圧が供給されている。
【0061】
NMOSトランジスタQ3、Q4は、スイッチとして動作する。スイッチとして動作する差動回路のNMOSトランジスタQ3、Q4は、スイッチング制御回路15の出力のレベル(高電位側出力電圧、低電位側出力電圧)によりゲート電圧が制御される。スイッチング制御回路15の出力のレベルがHi(高電位側出力電圧)のとき、NMOSトランジスタQ4はON、NMOSトランジスタQ3はOFFになり、NMOSトランジスタQ4にはNMOSトランジスタQ2のドレイン電流IDACが流れる。ここで、ドレイン電流IDACはカレントミラー回路1のIoutに対応し、NMOSトランジスタQ2のドレインは端子Aに動作的に接続される。一方、スイッチング制御回路15の出力のレベルがLo(低電位側出力電圧)のとき、NMOSトランジスタQ4はOFFになり、スイッチング制御回路15からのLoレベルがインバータ16により反転されてHiレベルになることにより、NMOSトランジスタQ3はONになり、NMOSトランジスタQ3にはNMOSトランジスタQ2のドレイン電流IDACが流れる。
【0062】
比較器13は、演算増幅器12の出力電圧Vout(端子E−接地間電圧)と、基準電圧源21による基準電圧V(端子F−接地間電圧)とを比較して、比較結果出力を出力する。ここで、端子F−接地間電圧に印可される電圧は、基準電圧源21による基準電圧Vでなくてもよく、例えば演算増幅器12と接続されていない図示せぬ電圧源による所定の電圧でもよい。この場合、所定の電圧は基準電圧源21による基準電圧Vと同一である。スイッチング制御回路15は、比較器13の比較結果出力に基づいてNMOSトランジスタQ3、Q4のスイッチング動作を制御する。スイッチング制御回路15は、比較器13の出力レベルをサンプリングクロックの立ち上がりエッジでラッチし、その反転信号を出力する。即ち、比較器13の出力のレベルがHiのときLoレベルを、比較器13の出力のレベルがLoのときHiレベルを、クロックの1周期間出力する。
【0063】
演算増幅器12は、NMOSトランジスタQ4がONしたとき、VDS≒0(V)で動作させることにより、演算増幅器12のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。即ち、端子A−接地間と端子B−接地間の電圧は等しくなる。演算増幅器11は、演算増幅器11のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。即ち、端子B−接地間と端子C−接地間の電圧は等しくなる。この結果、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)とが等しくなる。
【0064】
NMOSトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ2は同じ条件、例えば、同じサイズ(式1のゲート酸化膜厚COX、チャネル長L、チャネル幅Wに対応)、かつキャリアの移動度(式1のキャリアの移動度μに対応)が等しい場合に、NMOSトランジスタQ2には、NMOSトランジスタQ1に流れる基準電流Iinと同じ(式1のチャネル長変調効果のない極めて高精度な)上述したドレイン電流IDACが流れる。NMOSトランジスタQ4がONするとき、NMOSトランジスタQ2のドレイン電流IDACは、出力電流Ioutとして容量素子C1に供給される。また、NMOSトランジスタQ3がONするとき、NMOSトランジスタQ2のドレイン電流IDACは、抵抗素子R2を介して定電流源30の両端子のうちの一方の端子に供給され、電源電圧VDDに流れる。ここで、NMOSトランジスタQ3がONするとき電源電圧VDDから抵抗素子R2に電流が流れるが、NMOSトランジスタQ2がカレントミラーで基準電流Iin(=ドレイン電流IDAC)を抵抗素子R2に流そうとするため、抵抗素子R2の値として、(VDD−V)/Iinに設定されている。これにより、NMOSトランジスタQ3がONしてからNMOSトランジスタQ4がONに切り替わるときにカレントミラー回路の状態が定常状態に近いほど復帰が早くなりADCの誤差も小さくなる。
【0065】
カウンタ14は、サンプリングクロックの所定の全クロック数N個のうち比較器13からの出力がHiのときのクロックの回数をカウントする。
【0066】
容量素子C1には、図示せぬ信号電圧源による信号電圧(端子D−接地間電圧)と、基準電圧源21による基準電圧V(端子B−接地間電圧)との電位差Vinを抵抗素子R1の抵抗値Rで除じた電流値IADC(IADC=Vin/R)がチャージされる。このとき、演算増幅器12の出力電圧Vout(端子E−接地間電圧)は下降する。演算増幅器12の出力電圧Vout(端子E−接地間電圧)が基準電圧源21の基準電圧V(端子F−接地間電圧)より低くなると、比較器13の出力がLoレベルになり、次のサンプリングクロックの立ち上がりに同期してスイッチング制御回路15の出力がHiレベルになりNMOSトランジスタQ4がONするため、容量素子C1のチャージは引き抜かれる。このとき、演算増幅器12の出力電圧Vout(端子E−接地間電圧)は上昇する。演算増幅器12の出力電圧Vout(端子E−接地間電圧)が基準電圧源21による基準電圧V(端子F−接地間電圧)より高くなると、比較器13の出力がHiレベルになり、次のサンプリングクロックの立ち上がりに同期してスイッチング制御回路15の出力がLoレベルになりNMOSトランジスタQ4がOFFするため、容量素子C1には(Vin/R−IDAC)がチャージされる。
【0067】
Nを大きくすれば、以上の動作を繰り返すことで、
n×IADC=(IDAC−IADC)×(N−n) 式3
となり、式3を展開すれば、
in=IDAC×R×(N−n)/N 式4
これによりVinをデジタル値に変換する。
【0068】
絶対精度を必要とする場合は、R及びIDACの絶対精度が必要となる。N及びnはデジタル値のため、桁を十分に確保すれば誤差は発生しない。定電流源30はカレントミラー回路1と同様な回路構成であるため、定電流源30の電流値Iinは、
in=Vref/R30 式5
と表される。NMOSトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ2とを同じ条件にしてカレントミラー比を仮に1とすると、カレントミラーの精度が充分に確保できるため、
in=IDAC 式6
となる。これにより、
in=Vref×(R/R30)×(N−n)/N 式7
となる。半導体集積回路では抵抗の相対精度は確保し易いため、(R/R30)の誤差は十分小さくできる。このため、カレントミラー回路の精度は極めて重要となる。アナログデジタル変換回路2は、これらの精度を充分に確保できる。
【0069】
以上の説明により、アナログデジタル変換回路2によれば、カレントミラー回路1の効果に加え、電荷平衡方式におけるカレントスイッチ部分(NMOSトランジスタQ3、Q4)に前述したカレントミラー回路1を応用できる。
【0070】
次に、図3を参照して、前述したカレントミラー回路1をアナログデジタル変換回路に応用した第2の例を説明する。
【0071】
図3に示されるように、符号3は前述したカレントミラー回路1を応用したアナログデジタル変換回路である。アナログデジタル変換回路3は、定電流源30、演算増幅器11、演算増幅器12、比較器13、カウンタ14、スイッチング制御回路15、インバータ16、基準電圧源21、基準電圧源22、容量素子C1、抵抗素子R1、R2、NチャネルMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6から構成される。以下、NチャネルMOSトランジスタをNMOSトランジスタと称す。また、アナログデジタル変換回路3では、前述したアナログデジタル変換回路2と同様な構成要素について同符号を付している。
【0072】
前述したアナログデジタル変換回路2では、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正するために(VDS≒0)、W/L(NMOSトランジスタQ4のチャネル長L、チャネル幅W)の大きなトランジスタをNMOSトランジスタQ4に用いているが、アナログデジタル変換回路3では、前述したアナログデジタル変換回路2に対してNMOSトランジスタQ5、Q6、基準電圧源22で構成されるレプリカ回路を付加して、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正することにより精度の向上を図る回路である。
【0073】
この場合、基準電圧源22の両端子のうちの正極端子には、NMOSトランジスタQ6のゲート電極が接続され、基準電圧源22は基準電圧Vを供給する。
NMOSトランジスタQ6のドレイン電極は端子Bに接続されている。演算増幅器11の反転入力端子は、端子Bに代えて、NMOSトランジスタQ5のドレイン電極と、NMOSトランジスタQ6のソース電極とに接続されている。NMOSトランジスタQ5のゲート電極は、NMOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極に接続されている。基準電圧源22の負極端子、NMOSトランジスタQ5のソース電極は図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。
【0074】
次に、アナログデジタル変換回路3の動作について図3を参照しながら説明する。ここで、アナログデジタル変換回路3では、前述したアナログデジタル変換回路2と同様な動作については説明を省略する。
【0075】
NMOSトランジスタQ5は、NMOSトランジスタQ1に対してカレントミラーを構成する。ここで、NMOSトランジスタQ5は、NMOSトランジスタQ2と同じサイズで隣接して形成されている。また、NMOSトランジスタQ6は、NMOSトランジスタQ4と同じサイズで隣接して形成されている。NMOSトランジスタQ2とNMOSトランジスタQ5、及びNMOSトランジスタQ4とNMOSトランジスタQ6をそれぞれ近接配置等のレイアウト手法によって相対精度を確保することで、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正することができる。また、NMOSトランジスタQ6のゲート電極には、基準電圧源22から基準電圧Vが供給されている。この基準電圧Vは、NMOSトランジスタQ4をONさせるスイッチング制御回路15の高電位側出力電圧と同等の電圧である。
【0076】
演算増幅器12は、NMOSトランジスタQ4がONするとき、NMOSトランジスタQ6が基準電圧源22の基準電圧VによりONしているため、NMOSトランジスタQ6のドレイン電圧によりNMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正し、演算増幅器12のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。即ち、端子A−接地間と端子B−接地間の電圧は等しくなる。演算増幅器11は、NMOSトランジスタQ6が基準電圧源22の基準電圧VによりONしているため、NMOSトランジスタQ5のドレイン電圧によりNMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正し、演算増幅器11のDCゲインが非常に大きく仮想接地であることを利用して、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧は基準電圧VからNMOSトランジスタQ4のドレイン−ソース間電圧VDSだけ降下した電圧になり、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧は基準電圧VからNMOSトランジスタQ6のドレイン−ソース間電圧VDSだけ降下した電圧になる。NMOSトランジスタQ4とNMOSトランジスタQ6は等しいので、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)とは等しくなる。
【0077】
以上の説明により、アナログデジタル変換回路3によれば、アナログデジタル変換回路2の効果に加え、アナログデジタル変換回路2に対してNMOSトランジスタQ4に大きなトランジスタを必要とせず、NMOSトランジスタQ5、Q6、基準電圧源22で構成されるレプリカ回路を付加して、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正することにより精度が向上する。
【0078】
また、アナログデジタル変換回路3によれば、NMOSトランジスタQ2とNMOSトランジスタQ5、及びNMOSトランジスタQ4とNMOSトランジスタQ6をそれぞれ近接配置等のレイアウト手法によって相対精度を確保することで、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正することができる。
【0079】
次に、図4を参照して、前述したカレントミラー回路1をアナログデジタル変換回路に応用した第3の例を説明する。
【0080】
図4に示されるように、符号4は前述したカレントミラー回路1を応用したアナログデジタル変換回路である。アナログデジタル変換回路4は、定電流源30、演算増幅器12、比較器13、カウンタ14、スイッチング制御回路15、インバータ16、基準電圧源21、定電流源35、容量素子C1、C2、抵抗素子R1、R2、R3、NチャネルMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q9、Q10、PチャネルMOSトランジスタQ7、Q8から構成される。以下、NチャネルMOSトランジスタをNMOSトランジスタと称し、PチャネルMOSトランジスタをPMOSトランジスタと称す。また、アナログデジタル変換回路4では、前述したアナログデジタル変換回路2と同様な構成要素について同符号を付している。
【0081】
アナログデジタル変換回路4では、前述したアナログデジタル変換回路2の演算増幅器11をPMOSトランジスタQ7、Q8、NMOSトランジスタQ9、Q10、定電流源35により構成し、かつ容量素子C2及び抵抗素子R3により構成される位相補償回路を付加することにより安定性の向上を図る回路である。
【0082】
この場合、PMOSトランジスタQ7、Q8のソース電極は互いに接続されている。定電流源35の両端子のうちの一方の端子には、図示せぬ高位側電圧源が接続され、電源電圧VDDが入力/供給される。定電流源35の他方の端子には、PMOSトランジスタQ7、Q8のソース電極が接続され、定電流源35は、基準電流I35を供給する。NMOSトランジスタQ9、Q10は、ゲート電極が互いに接続され、ソース電極がともに図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。NMOSトランジスタQ9のドレイン電極はPMOSトランジスタQ7のドレイン電極と、NMOSトランジスタQ9のゲート電極とに接続されている。NMOSトランジスタQ10のドレイン電極はNMOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極と、NMOSトランジスタQ8のドレイン電極とに接続されている。
【0083】
ここで、PMOSトランジスタQ7、Q8、NMOSトランジスタQ9、Q10及び定電流源35は、NMOSトランジスタQ10を出力とする差動増幅器11’である。この差動増幅器11’は、前述した演算増幅器11に対応する。NMOSトランジスタQ10のドレイン電極は差動増幅器11’の出力端子に対応する。PMOSトランジスタQ7のゲート電極は差動増幅器11’の非反転入力端子に対応し、端子Cに接続されている。PMOSトランジスタQ8のゲート電極は差動増幅器11’の反転入力端子に対応し、端子Bに接続されている。
【0084】
また、容量素子C2及び抵抗素子R3により構成される位相補償回路は、NMOSトランジスタQ1のドレイン電極とゲート電極との間に接続されている。抵抗素子R3の両端子のうちの一方の端子はNMOSトランジスタQ1のドレイン電極に接続されている。抵抗素子R3の他方の端子は容量素子C2の両端子のうちの一方の端子に接続されている。容量素子C2の他方の端子はNMOSトランジスタQ1のゲート電極に接続されている。
【0085】
次に、アナログデジタル変換回路4の動作について図4を参照しながら説明する。ここで、アナログデジタル変換回路4では、前述したアナログデジタル変換回路2と同様な動作については説明を省略する。
【0086】
NMOSトランジスタQ1のゲートからNMOSトランジスタQ1のドレインをみるとソース接地の増幅器になっている。アナログデジタル変換回路4では、差動増幅器11’とNMOSトランジスタQ1のソース接地増幅器の2段増幅器となっており、逆相信号がPMOSトランジスタQ7のゲート電極(差動増幅器11’の非反転入力端子)へ帰還される。このため、安定動作のためには位相補償回路が必要となり、抵抗素子R3、容量素子C2により、位相補償を行う。
【0087】
NMOSトランジスタQ10には、基準電圧源21の基準電圧VによりPMOSトランジスタQ8がONするため、定電流源35による基準電流I35の1/2倍の電流が流れている。また、NMOSトランジスタQ9には、NMOSトランジスタQ9のドレイン電圧によりPMOSトランジスタQ7がONするため、定電流源35による基準電流I35の1/2倍の電流が流れている。NMOSトランジスタQ1及びQ2のゲート電圧の初期値はNMOSトランジスタQ10のドレイン電圧と等しくなるが、差動増幅器の利得によりカレントミラー接続されているNMOSトランジスタQ9のドレイン電圧とNMOSトランジスタQ10のドレイン電圧はほぼ等しくなるため、NMOSトランジスタQ1及びQ2のゲート電圧の初期値はNMOSトランジスタQ9のドレイン電圧に等しくなる。
ここで、NMOSトランジスタQ1のチャネル長をLQ1、チャネル幅をWQ1とし、NMOSトランジスタQ9のチャネル長をLQ9、チャネル長をWQ9とし、NMOSトランジスタQ10のチャネル長をLQ10、チャネル幅をWQ10としたときに、LQ1=LQ9=LQ10、かつ、定電流源30の基準電流Iin及び定電流源35の基準電流I35を用いて、Iin/WQ1=(I35/2)/WQ9=(I35/2)/WQ10となるように設計すれば、NMOSトランジスタQ9とNMOSトランジスタQ1はほぼ同じバイアスで動作する。このため、NMOSトランジスタQ1及びQ2のゲート電圧の初期値は、NMOSトランジスタQ1を通常のカレントミラー接続した場合(アナログデジタル変換回路2)の電圧と同等の電圧となり、期待する安定動作を実現し易い。
【0088】
これにより、差動増幅器11’は、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧と、基準電圧源21による基準電圧Vとを等しくするように動作する。即ち、端子B−接地間と端子C−接地間の電圧は等しくなる。この結果、NMOSトランジスタQ2のドレイン電圧(端子A−接地間電圧)と、NMOSトランジスタQ1のドレイン電圧(端子C−接地間電圧)とが等しくなる。
【0089】
以上の説明により、アナログデジタル変換回路4によれば、アナログデジタル変換回路2の効果に加え、アナログデジタル変換回路2の演算増幅器11をPMOSトランジスタQ7、Q8、NMOSトランジスタQ9、Q10により構成し、かつ容量素子C2及び抵抗素子R3により構成される位相補償回路を付加することにより安定性が向上する。
【0090】
また、アナログデジタル変換回路4は上記の例に限定されず、図5に示すようにアナログデジタル変換回路5として、アナログデジタル変換回路4にNMOSトランジスタQ5、Q6、基準電圧源22で構成されるレプリカ回路を付加して、NMOSトランジスタQ4に起因するドレイン−ソース間電圧VDS降下分を補正することが望ましい。
【0091】
この場合、基準電圧源22の両端子のうちの正極端子には、NMOSトランジスタQ6のゲート電極が接続され、基準電圧源22は基準電圧Vを供給する。
NMOSトランジスタQ6のドレイン電極は端子Bに接続されている。NMOSトランジスタQ8のゲート電極は、端子Bに代えて、NMOSトランジスタQ5のドレイン電極と、NMOSトランジスタQ6のソース電極とに接続されている。NMOSトランジスタQ5のゲート電極は、NMOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極に接続されている。基準電圧源22の負極端子、NMOSトランジスタQ5のソース電極は図示せぬ低位側電源に接続されており、通常、接地されている。
【0092】
これにより、アナログデジタル変換回路5は、アナログデジタル変換回路3とアナログデジタル変換回路4の効果を有する。
【0093】
【発明の効果】
本発明のカレントミラー回路及びアナログデジタル変換回路は、低電源電圧でも高精度のカレントミラーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のカレントミラー回路の構成を示す回路図である。
【図2】図2は、本発明のカレントミラー回路をアナログデジタル変換回路に応用した第1の例を示す回路図である。
【図3】図3は、本発明のカレントミラー回路をアナログデジタル変換回路に応用した第2の例を示す回路図である。
【図4】図4は、本発明のカレントミラー回路をアナログデジタル変換回路に応用した第3の例を示す回路図である。
【図5】図5は、本発明のカレントミラー回路をアナログデジタル変換回路に応用した第4の例を示す回路図である。
【図6】図6は、従来のカレントミラー回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 カレントミラー回路
2 アナログデジタル変換回路
3 アナログデジタル変換回路
4 アナログデジタル変換回路
5 アナログデジタル変換回路
11 演算増幅器
11’ 差動増幅器
12 演算増幅器
13 比較器
14 カウンタ
15 スイッチング制御回路
16 インバータ
21、22 基準電圧源
30 定電流源
31 基準電圧源
32 演算増幅器
33 カスコードカレントミラー回路
35 定電流源
101 カレントミラー回路
111 演算増幅器
130 定電流源
C1、C2 容量素子
in 基準電流
out 出力電流
R1、R2、R3、R30 抵抗素子
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q9、Q10 NチャネルMOSトランジスタ
Q7、Q8、Q30、Q31、Q32、Q33、Q34 PチャネルMOSトランジスタ
Q101、Q102、Q103 NチャネルMOSトランジスタ
DD 電源電圧

Claims (11)

  1. 第1の基準電圧に基づいて第1ノードに定電流を出力する第1の定電流源と、
    ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続された第1と第2のMOSトランジスタと、前記第1のMOSトランジスタのドレインは前記第1のノードに接続され、前記第2のMOSトランジスタのドレインは第2のノードに動作的に接続され、
    前記第1のノードと第3のノードにそれぞれ接続された入力端子と、前記第1と第2のMOSトランジスタの前記ゲートに接続された出力端子を有する第1の演算増幅器と、前記第3のノードは第2の基準電圧に接続され、
    前記第2と第3のノードにそれぞれ接続された入力端子と、帰還回路を介して前記第2のノードに接続された出力端子を有する第2の演算増幅器と
    を具備するカレントミラー回路。
  2. 請求項1に記載のカレントミラー回路において、
    前記第1の定電流源は、
    前記第1の基準電圧と、
    第3のMOSトランジスタと、
    前記第1の基準電圧と前記第3のMOSトランジスタのソースに接続された入力端子と、前記第3のMOSトランジスタのゲートに接続された出力端子を有する第3の演算増幅器と、
    前記第3のMOSトランジスタのドレインと、電源電圧と、前記第1のノードに接続されたカスコード接続のカレントミラー回路と
    を具備するカレントミラー回路。
  3. 請求項1又は2に記載のカレントミラー回路において、
    前記第2のノードは、第1の抵抗を介して信号電圧に接続され、
    電源電圧と前記第2のMOSトランジスタの前記ドレインとの間に直列に接続された第2の抵抗と第4のMOSトランジスタと、
    前記第2のノードと前記第2のMOSトランジスタの前記ドレインとの間に直列に接続された第5のMOSトランジスタと
    を更に具備するカレントミラー回路。
  4. 第1の基準電圧に基づいて第1ノードに定電流を出力する第1の定電流源と、
    ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続された第1と第2のMOSトランジスタと、前記第1のMOSトランジスタのドレインは前記第1のノードに接続され、前記第2のMOSトランジスタのドレインは第2のノードに動作的に接続され、前記第2のノードは、第1の抵抗を介して信号電圧に接続され、
    電源電圧と前記第2のMOSトランジスタの前記ドレインとの間に直列に接続された第2の抵抗と第4のMOSトランジスタと、
    前記第2のノードと前記第2のMOSトランジスタの前記ドレインとの間に直列に接続された第5のMOSトランジスタと、
    前記第1のノードと第3のノードにそれぞれ接続された入力端子と、前記第1と第2のMOSトランジスタの前記ゲートに接続された出力端子を有する第1の演算増幅器と、前記第3のノードは第2の基準電圧に接続され、
    前記第2と第3のノードにそれぞれ接続された入力端子と、第1のキャパシタを介して前記第2のノードに接続された出力端子を有する第2の演算増幅器と、前記第2の演算増幅器は積分器として働き、
    前記第2の演算増幅器の出力と所定の電圧を比較して比較結果出力を出力する比較器と
    を具備するアナログデジタル変換回路。
  5. 請求項4に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記第1の定電流源は、
    前記第1の基準電圧と、
    第3のMOSトランジスタと、
    前記第1の基準電圧と前記第3のMOSトランジスタのソースに接続された入力端子と、前記第3のMOSトランジスタのゲートに接続された出力端子を有する第3の演算増幅器と、
    前記第3のMOSトランジスタのドレインと、前記電源電圧と、前記第1のノードに接続されたカスコード接続のカレントミラー回路と
    を具備するアナログデジタル変換回路。
  6. 請求項4又は5に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記比較器の前記比較結果出力に基づいて前記第4と第5のMOSトランジスタのスイッチング動作を制御するためのスイッチング制御回路を更に具備するアナログデジタル変換回路。
  7. 請求項4乃至6のいずれか一項に記載のアナログデジタル変換回路において、
    直列に接続された第6と第7のMOSトランジスタと、
    前記第6のMOSトランジスタのゲートに接続された第3の基準電圧と
    を更に具備し、
    前記第6のMOSトランジスタのドレインは前記第3のノードに接続され、
    前記第1の演算増幅器の前記入力端子は、前記第3のノードに代えて、前記第6と第7のMOSトランジスタの間のノードに接続され、
    前記第7のMOSトランジスタのゲートは前記第1と第2のMOSトランジスタのゲートに接続されている
    アナログデジタル変換回路。
  8. 請求項4乃至7のいずれか一項に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記第1の演算増幅器は、
    ソースが互いに接続された第8と第9のMOSトランジスタと、
    前記第8と第9のMOSトランジスタのソースに接続された第2の定電流源と、
    ソースがともに接地され、ゲートが互いに接続された第10と第11のMOSトランジスタとを具備し、
    前記第10のMOSトランジスタのドレインは前記第8のMOSトランジスタのドレインと、前記第10のMOSトランジスタの前記ゲートとに接続され、
    前記第11のMOSトランジスタのドレインは前記第1と第2のMOSトランジスタの前記ゲートと、前記第9のMOSトランジスタのドレインとに接続され、
    前記第8と第9のMOSトランジスタの前記ゲートは、前記第1の演算増幅器の前記入力端子に対応し、前記第8のMOSトランジスタのゲートは前記第1のノードに接続され、前記第9のMOSトランジスタのゲートは前記第3のノードに接続され、
    前記第11のMOSトランジスタのドレインは、前記第1の演算増幅器の前記出力端子に対応する
    アナログデジタル変換回路。
  9. 請求項8に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記第1のMOSトランジスタの前記ドレインと前記ゲートとの間に接続された位相補償回路を更に具備する
    アナログデジタル変換回路。
  10. 請求項9に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記位相補償回路は直列に接続された第3の抵抗と第2のキャパシタとを具備し、
    前記第3の抵抗は前記第1のMOSトランジスタの前記ドレインに接続され、
    前記第2のキャパシタは前記第1のMOSトランジスタの前記ゲートに接続されている
    アナログデジタル変換回路。
  11. 請求項4乃至10のいずれか一項に記載のアナログデジタル変換回路において、
    前記所定の電圧は前記第2の基準電圧と同一である
    アナログデジタル変換回路。
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