JPS63229509A - 基準電圧発生回路 - Google Patents
基準電圧発生回路Info
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- JPS63229509A JPS63229509A JP63027815A JP2781588A JPS63229509A JP S63229509 A JPS63229509 A JP S63229509A JP 63027815 A JP63027815 A JP 63027815A JP 2781588 A JP2781588 A JP 2781588A JP S63229509 A JPS63229509 A JP S63229509A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-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
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/24—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
- G05F3/242—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
- G05F3/247—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the supply voltage
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-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
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/24—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
- G05F3/242—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
- G05F3/245—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the temperature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
- Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
この発明は集積回路技術に関するものであり、特に上記
の技術において、基準電圧を発生する回路に関するもの
である。
の技術において、基準電圧を発生する回路に関するもの
である。
B、従来技術およびその問題点
集積回路技術開発の急速な進歩により、同一のチップに
アナログ回路とディジタル回路を組み合わせることが可
能になった。従来はアナログ回路とディジタル回路を実
装するために、別々の集積回路モジュールが用いられて
いた。分離実装では、特定の回路の製作を最適化する方
法が選択される。
アナログ回路とディジタル回路を組み合わせることが可
能になった。従来はアナログ回路とディジタル回路を実
装するために、別々の集積回路モジュールが用いられて
いた。分離実装では、特定の回路の製作を最適化する方
法が選択される。
しかし、単一のチップ上に2種類の回路を組み合わせる
ことにより、少なくともチップの主要部分を占める回路
の製作を最適化する方法を選択することが必要となる。
ことにより、少なくともチップの主要部分を占める回路
の製作を最適化する方法を選択することが必要となる。
さらに、各タイプの回路は通常他のタイプの回路では必
要でない独自の機能を必要とする。したがって、これら
の機能の実現を最適化する方法を用いることが望ましい
。
要でない独自の機能を必要とする。したがって、これら
の機能の実現を最適化する方法を用いることが望ましい
。
°“ディジタルCMOSプロセス”は、混合集積回路チ
ップ(すなわちディジタルとアナログ)の実施に効果的
であることが知られている。通常、0MO3中のアナロ
グ回路は、ディジタル回路が主力であるチップの小部分
に過ぎない。したがって、”ディジタルCMOSプロセ
ス”は、チップのディジタル部分を実現するのに必要な
デバイスの実現を最適化する。アナログ機能を実現する
のに必要なデバイスは得られない。したがって、回路の
設計者は、アナログ機能を実現させるために、ディジタ
ルに好都合なデバイスを用いるという手のかかる作業を
行なわなければならない。設計者が実現しなければなら
ない多数のアナログ機能の1つとして、安定な基準電圧
がある。
ップ(すなわちディジタルとアナログ)の実施に効果的
であることが知られている。通常、0MO3中のアナロ
グ回路は、ディジタル回路が主力であるチップの小部分
に過ぎない。したがって、”ディジタルCMOSプロセ
ス”は、チップのディジタル部分を実現するのに必要な
デバイスの実現を最適化する。アナログ機能を実現する
のに必要なデバイスは得られない。したがって、回路の
設計者は、アナログ機能を実現させるために、ディジタ
ルに好都合なデバイスを用いるという手のかかる作業を
行なわなければならない。設計者が実現しなければなら
ない多数のアナログ機能の1つとして、安定な基準電圧
がある。
CMOS技術を用いて基準電圧を発生させることは、こ
れまでにも行なわれて来た。周知の従来技術によるイン
プリメンテーションでは、しきい値電圧の異なる2個の
FETを使用する。異なるしきい値電圧により生じる差
動電圧が基準電圧となる。従来技術では、デバイスのし
きい値電圧は、イオン注入およびデバイスの形状寸法の
違いにより制御できることもわかっている。従来技術の
例は、米国特許第4442398号、第4305011
号、第4464588号、第4100437号、第43
27320号、第4472871号、第4453094
号各明細書に記載されている。
れまでにも行なわれて来た。周知の従来技術によるイン
プリメンテーションでは、しきい値電圧の異なる2個の
FETを使用する。異なるしきい値電圧により生じる差
動電圧が基準電圧となる。従来技術では、デバイスのし
きい値電圧は、イオン注入およびデバイスの形状寸法の
違いにより制御できることもわかっている。従来技術の
例は、米国特許第4442398号、第4305011
号、第4464588号、第4100437号、第43
27320号、第4472871号、第4453094
号各明細書に記載されている。
従来技術の方法は、正しい方向を目脂したものではある
が、いくつかの欠点を有する。この発明は、これらの欠
点を解消することを目的とするものである。米国特許第
4305011号を除〈従来技術の特許では、差動電圧
を単端電圧に変換する方法が開示されていない。はとん
どの応用分野では、使用前に差動電圧を単端電圧に変換
する必要がある。
が、いくつかの欠点を有する。この発明は、これらの欠
点を解消することを目的とするものである。米国特許第
4305011号を除〈従来技術の特許では、差動電圧
を単端電圧に変換する方法が開示されていない。はとん
どの応用分野では、使用前に差動電圧を単端電圧に変換
する必要がある。
米国特許第4305011号明細書では、差動電圧は単
端電圧に変換されているが、単端電圧の大きさは、調節
することができない。換言すれば、単端電圧は、差動電
圧と大きさが同じである。変換技術で見られるもう1つ
の問題は、車端電圧信号に、スイッチング過渡と、好ま
しくないクロックフィードがあることである。
端電圧に変換されているが、単端電圧の大きさは、調節
することができない。換言すれば、単端電圧は、差動電
圧と大きさが同じである。変換技術で見られるもう1つ
の問題は、車端電圧信号に、スイッチング過渡と、好ま
しくないクロックフィードがあることである。
CMO8基準電圧発生装置に関するその他の出版物には
、下記のものがある。
、下記のものがある。
1、P、R,グレイ(P、R,Gray )およびR,
G。
G。
メイヤー(Meyer) 、rアナログ集積回路の分析
と設計(Analysis and Design o
fAnalog Integrated C1rcui
ts) J 、第2版、ウィリー(Wiley)刊、1
983年、第12章。
と設計(Analysis and Design o
fAnalog Integrated C1rcui
ts) J 、第2版、ウィリー(Wiley)刊、1
983年、第12章。
2、R,A、ブロースチャイルド(R,A。
B 1ausch i Id )等、「新しい熱安定性
NMO8電圧基準(A New NMOS Tempe
rature−StableVoltage Refe
rence) J X I E E E J S
SC11978年12月、p、787〜773゜3、B
、S、ソング(B、S、Song )およびP、R。
NMO8電圧基準(A New NMOS Tempe
rature−StableVoltage Refe
rence) J X I E E E J S
SC11978年12月、p、787〜773゜3、B
、S、ソング(B、S、Song )およびP、R。
グレイ(P、R,Gray)、「精密湾曲接続CMOS
バンドギャップ基準(A PrecisionCurv
ature−Connected CMOS Band
gapReference) J N論文要旨(Dig
est ofPapers) 、1983年、工5SC
C04、S、リウ(S、Liu)およびり、W、ナゲル
(L。
バンドギャップ基準(A PrecisionCurv
ature−Connected CMOS Band
gapReference) J N論文要旨(Dig
est ofPapers) 、1983年、工5SC
C04、S、リウ(S、Liu)およびり、W、ナゲル
(L。
υ、Nagel)、「アナログ設計用小信号MOSFE
Tモデル(Small−Signal MOSFET
Modelsfor Analog C1rcuit
Design) J N I E E EJSSCl
1982年12月、り、983〜998゜ 5、R,グレゴリアン(R,Gregorian )等
、「スイッチドキャパシタ回路の設計(Switche
dCapacitor C1rcuit Design
) J、IEEE会報(IEEE Proceedin
gs)、1983年8月、1)、941〜966゜ これらの設計に共通な問題は、しきい値電圧の範囲に大
きな変動があることである。しきい値電圧の大きな変動
は、チップと製作するのに用いる方法の変化に起因する
と考えられる。もう1つの共通な問題は、LSIチップ
内に、バイポーラ構造などの非CMO8構造がつくられ
ることである。
Tモデル(Small−Signal MOSFET
Modelsfor Analog C1rcuit
Design) J N I E E EJSSCl
1982年12月、り、983〜998゜ 5、R,グレゴリアン(R,Gregorian )等
、「スイッチドキャパシタ回路の設計(Switche
dCapacitor C1rcuit Design
) J、IEEE会報(IEEE Proceedin
gs)、1983年8月、1)、941〜966゜ これらの設計に共通な問題は、しきい値電圧の範囲に大
きな変動があることである。しきい値電圧の大きな変動
は、チップと製作するのに用いる方法の変化に起因する
と考えられる。もう1つの共通な問題は、LSIチップ
内に、バイポーラ構造などの非CMO8構造がつくられ
ることである。
そのために、工程を追加する必要が生じ、チップのコス
トが高くなる。
トが高くなる。
C0問題点を解決するための手段
この発明の第1の目的は、温度、および電源電圧に無関
係でプロセスの変動による影響が最少の、正確な単端電
圧レベルを確立する0M08回路を提供することにある
。
係でプロセスの変動による影響が最少の、正確な単端電
圧レベルを確立する0M08回路を提供することにある
。
この発明の第2の目的は、正の電源でCMOS回路を駆
動することにある。
動することにある。
この回路は、2個のエンハンスメントFETで形成する
基準電圧発生装置からなる。エンハンスメントFETの
1つは自然な(変換されない)しきい値電圧を宵し、他
のFETは、変換されたしきい値電圧を有する。基準電
圧発生装置は、両端電圧差を発生し、それがスイッチド
キャパシタ増幅回路で増幅され、電源依存回路でフィル
タされて正確な車端基準電圧を与える。
基準電圧発生装置からなる。エンハンスメントFETの
1つは自然な(変換されない)しきい値電圧を宵し、他
のFETは、変換されたしきい値電圧を有する。基準電
圧発生装置は、両端電圧差を発生し、それがスイッチド
キャパシタ増幅回路で増幅され、電源依存回路でフィル
タされて正確な車端基準電圧を与える。
D、実施例
第1図は、本発明に基づ〈実施例による電圧基準発生回
路のブロック・ダイアグラムである。この電圧基準発生
回路は、しきい値差発生装置10、スイッチドキャパシ
タ増幅器12および、電源依存性除去装置14を含んで
いる。しきい値差発生装置10は、ノードAおよびBに
それぞれ差動電圧V RI +を与える。後述するよう
に、ノードAとノードBにおける差動電圧は、しきい値
を生成する注入によって設定される固定値である。この
固定差動電圧(VRI+)は、スイッチドキャパシタ増
幅器によって増幅され、増幅された73口に比例した電
圧レベルとしてノードCに現われる。クロックC1およ
びC2は、スイッチドキャパシタ増幅器のコンデンサ(
後述)を切換えるのに用いられる。後述するように、ノ
ードCの電圧は、電源電圧VOOに依存する。この依存
性は、電源依存性除去装置14によって除去され、■、
、と部品整合特性にのみ依存する電圧が残る。
路のブロック・ダイアグラムである。この電圧基準発生
回路は、しきい値差発生装置10、スイッチドキャパシ
タ増幅器12および、電源依存性除去装置14を含んで
いる。しきい値差発生装置10は、ノードAおよびBに
それぞれ差動電圧V RI +を与える。後述するよう
に、ノードAとノードBにおける差動電圧は、しきい値
を生成する注入によって設定される固定値である。この
固定差動電圧(VRI+)は、スイッチドキャパシタ増
幅器によって増幅され、増幅された73口に比例した電
圧レベルとしてノードCに現われる。クロックC1およ
びC2は、スイッチドキャパシタ増幅器のコンデンサ(
後述)を切換えるのに用いられる。後述するように、ノ
ードCの電圧は、電源電圧VOOに依存する。この依存
性は、電源依存性除去装置14によって除去され、■、
、と部品整合特性にのみ依存する電圧が残る。
第2図は、しきい値差発生装置の回路略図である。しき
い値差発生装置は、1対のNチャンネル・エンハンスメ
ント・モードのFETデバイスQlおよびQ2.1対の
整合した電流源16および18、ならびに演算増幅器(
オペアンプ)20からなる。FETデバイスQ1は、電
流源16に直列に接続されている。同様に、FETデバ
イスQ2は、電流源18に直列に接続されている。電流
源16および18は、電源VDDに接続されている。
い値差発生装置は、1対のNチャンネル・エンハンスメ
ント・モードのFETデバイスQlおよびQ2.1対の
整合した電流源16および18、ならびに演算増幅器(
オペアンプ)20からなる。FETデバイスQ1は、電
流源16に直列に接続されている。同様に、FETデバ
イスQ2は、電流源18に直列に接続されている。電流
源16および18は、電源VDDに接続されている。
FETデバイスQ1のゲート電極は、ドレイン電極に接
続され、ドレイン電極は、演算増幅器20の反転入力に
接続されている。同様に、FETデバイスQ2のドレイ
ンは、増幅器20の正入力に接続されている。ノードA
およびBに現われる差動電圧はそれぞれ、トランジスタ
Q1およびQ2のしきい値の差によって形成される。こ
のしきい値電圧の差を生成するため、Qlのしきい値電
圧は、その自然なレベルに維持され、デバイスQ2の最
終しきい値電圧は、ディジタル回路特性が最適化される
ように調整されている。この明細書では、“自然しきい
値”とは、デバイスをしきい値調整のためにイオン注入
処理する前のしきい値電圧を意味する。しきい値調整と
は、デバイスのしきい値を移動させるためにイオンを注
入する工程である。しきい値の移動はQ2ではなく、Q
lで実施することもできる。換言すれば、しきい値調整
のためのイオン注入は、QlまたはQ2のいずれかで実
施することができる。
続され、ドレイン電極は、演算増幅器20の反転入力に
接続されている。同様に、FETデバイスQ2のドレイ
ンは、増幅器20の正入力に接続されている。ノードA
およびBに現われる差動電圧はそれぞれ、トランジスタ
Q1およびQ2のしきい値の差によって形成される。こ
のしきい値電圧の差を生成するため、Qlのしきい値電
圧は、その自然なレベルに維持され、デバイスQ2の最
終しきい値電圧は、ディジタル回路特性が最適化される
ように調整されている。この明細書では、“自然しきい
値”とは、デバイスをしきい値調整のためにイオン注入
処理する前のしきい値電圧を意味する。しきい値調整と
は、デバイスのしきい値を移動させるためにイオンを注
入する工程である。しきい値の移動はQ2ではなく、Q
lで実施することもできる。換言すれば、しきい値調整
のためのイオン注入は、QlまたはQ2のいずれかで実
施することができる。
さらに、第2図を参照すると、ノードAとBの間の差動
電圧は、自然なFETデバイスと、イオン注入したFE
Tデバイスの間のしきい僅差であることが数学的に証明
できる。これは、QlとQ2の1組の電流方程式を書き
、それを解くことによって行なわれる。これらの方程式
を書く場合、この回路は、QlとQ2がそれぞれの飽和
領域で作動するように作動すると仮定すると、電流は次
式のように表わすことができる。
電圧は、自然なFETデバイスと、イオン注入したFE
Tデバイスの間のしきい僅差であることが数学的に証明
できる。これは、QlとQ2の1組の電流方程式を書き
、それを解くことによって行なわれる。これらの方程式
を書く場合、この回路は、QlとQ2がそれぞれの飽和
領域で作動するように作動すると仮定すると、電流は次
式のように表わすことができる。
Ios”(B、/2)(Vos−Vt)2(1+λVo
s) (1)上記で、 IDS”ドレイン・ソース電流 VGS”ゲート・ソース電圧 Vア=デバイスのしきい値電圧 VDS=ドレイン・ソース電圧 λ=チャネル短縮係数 BO= (μsK、xEoTox)(W/L)μS=表
面移動度 K o x ”ゲート酸化物の比誘電率E、=自由空間
における誘電率 T o x ”ゲート酸化物の厚み W=チャネル幅 L=チャネル長 両トランジスタのW/L比が等しく、演算増幅器は2個
のFETのドレイン電圧を等しくするのに十分なゲイン
を有すると仮定して、上式をQlおよびQ2に適用する
と、下記の式を得る。
s) (1)上記で、 IDS”ドレイン・ソース電流 VGS”ゲート・ソース電圧 Vア=デバイスのしきい値電圧 VDS=ドレイン・ソース電圧 λ=チャネル短縮係数 BO= (μsK、xEoTox)(W/L)μS=表
面移動度 K o x ”ゲート酸化物の比誘電率E、=自由空間
における誘電率 T o x ”ゲート酸化物の厚み W=チャネル幅 L=チャネル長 両トランジスタのW/L比が等しく、演算増幅器は2個
のFETのドレイン電圧を等しくするのに十分なゲイン
を有すると仮定して、上式をQlおよびQ2に適用する
と、下記の式を得る。
r +=(B、/ 2)(VA VTLO−VRll
)2(1+λVA)・・・・・・ (2) I2=(B、/2)(Ve VTLO)”(1+λV
A) (3)上式でN IIおよびI2は、それぞ
れQlおよびC2中を流れる電流を表わす。11=I2
=Iであるから、式(2)と(3)の右辺を等しいと置
くことができる。工は、電流源16および18中の電流
を表わすことに注目されたい。なお、上式でVTLOは
第2図のデバイスQ1およびC2のしきい値電圧のうち
低い方のしきい値電圧を表す。上式では、デバイスQ2
のしきい値電圧である。
)2(1+λVA)・・・・・・ (2) I2=(B、/2)(Ve VTLO)”(1+λV
A) (3)上式でN IIおよびI2は、それぞ
れQlおよびC2中を流れる電流を表わす。11=I2
=Iであるから、式(2)と(3)の右辺を等しいと置
くことができる。工は、電流源16および18中の電流
を表わすことに注目されたい。なお、上式でVTLOは
第2図のデバイスQ1およびC2のしきい値電圧のうち
低い方のしきい値電圧を表す。上式では、デバイスQ2
のしきい値電圧である。
VA−VB=VRI+
(4)第3図は、スイッチ
ドキャパシタ増幅器12(第1図)の回路図である。ス
イッチドキャパシタ増幅器は、演算増幅器22からなる
。差動電圧VRI+ (第2図)は“、スイッチSW1
、SW2、およびコンデンサC1を介して、演算増幅器
の負端子(反転入力)に接続されている。後述するよう
に、スイッチSW1はクロック・パルスC1(第4図)
によって駆動され、スイッチSW2はクロックC1の負
相によって駆動される。直列に接続された同一の抵抗R
で形成される分圧回路が、■8.に接続され、ノードV
Aooにバイアス電圧を生成する。後述するように、ノ
ードVACGは、電圧レベルVoo/2で、効果的に交
流接地ノードとなる。演算増幅器22の出力は、ノード
Xに接続され、コンデンサCFとスイッチSW3からな
るフィードバック回路が、演算増幅器のノードXを負入
力端子(反転入力)に相互接続する。同様にスイッチS
W4は、ノードXをコンデンサC8および出力ノードC
に相互接続する。
(4)第3図は、スイッチ
ドキャパシタ増幅器12(第1図)の回路図である。ス
イッチドキャパシタ増幅器は、演算増幅器22からなる
。差動電圧VRI+ (第2図)は“、スイッチSW1
、SW2、およびコンデンサC1を介して、演算増幅器
の負端子(反転入力)に接続されている。後述するよう
に、スイッチSW1はクロック・パルスC1(第4図)
によって駆動され、スイッチSW2はクロックC1の負
相によって駆動される。直列に接続された同一の抵抗R
で形成される分圧回路が、■8.に接続され、ノードV
Aooにバイアス電圧を生成する。後述するように、ノ
ードVACGは、電圧レベルVoo/2で、効果的に交
流接地ノードとなる。演算増幅器22の出力は、ノード
Xに接続され、コンデンサCFとスイッチSW3からな
るフィードバック回路が、演算増幅器のノードXを負入
力端子(反転入力)に相互接続する。同様にスイッチS
W4は、ノードXをコンデンサC8および出力ノードC
に相互接続する。
第4図は、第3図のスイッチを駆動するのに用いるクロ
ック・パルスと第3図の選択されたノードに発生する電
圧波形を示す図である。具体的には、曲線Aは、スイッ
チ5W1(第3図)を駆動するのに用いるクロックC1
を示す。同様に、曲線Bは、スイッチSW4 (第8図
)を駆動するのに用いるクロックC2を示す。曲線Cは
、ノードX(第3図)に出力される電圧波形を示す。さ
らに、曲線りは、ノードC(第3図)に出力される定常
状態レベルの電圧信号を示す。
ック・パルスと第3図の選択されたノードに発生する電
圧波形を示す図である。具体的には、曲線Aは、スイッ
チ5W1(第3図)を駆動するのに用いるクロックC1
を示す。同様に、曲線Bは、スイッチSW4 (第8図
)を駆動するのに用いるクロックC2を示す。曲線Cは
、ノードX(第3図)に出力される電圧波形を示す。さ
らに、曲線りは、ノードC(第3図)に出力される定常
状態レベルの電圧信号を示す。
通常、2つの電圧レベル(Vooおよび接地)のみが、
0MO8等のディジタル・プロセスで利用できる。第3
図の回路が、正しい増幅を行なうためには、演算増幅器
22は、その線形領域で動作しなければならない。線形
性は、VDDと接地レベルの間で演算増幅器の非反転入
力をバイアスすることにより得られる。これにより、電
圧レベルVDD/2の交流接地電圧(VACQ)が効果
的に生成される。このとき、増幅器(ノードX1第3図
)の出力は、交流接地電圧に乗った増幅された入力(V
A −Va )である。この現象を曲線C(第4図)に
示す。
0MO8等のディジタル・プロセスで利用できる。第3
図の回路が、正しい増幅を行なうためには、演算増幅器
22は、その線形領域で動作しなければならない。線形
性は、VDDと接地レベルの間で演算増幅器の非反転入
力をバイアスすることにより得られる。これにより、電
圧レベルVDD/2の交流接地電圧(VACQ)が効果
的に生成される。このとき、増幅器(ノードX1第3図
)の出力は、交流接地電圧に乗った増幅された入力(V
A −Va )である。この現象を曲線C(第4図)に
示す。
さらに第3図および第4図を参照すると、コンデンサC
IおよびCFは定期的にリセットしなければならない。
IおよびCFは定期的にリセットしなければならない。
リセット手順は、コンデンサCIとCFのもれによる充
電損を防止するために必要である。これは、スイッチS
W3を閉じることにより、C1を用いて行なわれる。ス
イッチSW3を閉じると、CFが短絡され、ノードXと
、演算増幅器22への反転入力がVACOにセットされ
る。
電損を防止するために必要である。これは、スイッチS
W3を閉じることにより、C1を用いて行なわれる。ス
イッチSW3を閉じると、CFが短絡され、ノードXと
、演算増幅器22への反転入力がVACOにセットされ
る。
同時に、ノードBの電圧は、SW2を介してコンデンサ
CIの左側の極板に接続される。01時間に、スイッチ
SW3とスイッチSW4は開となり、スイッチSW1は
閉となる。ノードAの電圧はコンデンサC1の左側の極
板に移る。VAとVaの差により、コンデンサCF中に
充電流を生じ、その結果出力電圧が、VACGから下記
の値だけ変化する。
CIの左側の極板に接続される。01時間に、スイッチ
SW3とスイッチSW4は開となり、スイッチSW1は
閉となる。ノードAの電圧はコンデンサC1の左側の極
板に移る。VAとVaの差により、コンデンサCF中に
充電流を生じ、その結果出力電圧が、VACGから下記
の値だけ変化する。
ΔV、、t”(CI/CF)(VA VB)
(5)ΔV o u tは、曲線C(第4図)に示
されている。
(5)ΔV o u tは、曲線C(第4図)に示
されている。
ノードX(第3図)がその最終値に整定するための時間
が有限であるため、C2クロックはオンになる前にある
時間(I2−T1)だけ遅延される。
が有限であるため、C2クロックはオンになる前にある
時間(I2−T1)だけ遅延される。
これによりノードCの電圧にグリッチがなくなる。
ノードCの電圧は、曲線D(第4図)に示されている。
この電圧はまた、下記の式によっても表わされる。
VC”VDD/2−(CI/CF)(VA−VB)
(6)式(4)を(V A−V B )に代入すると、
Vc”Voo/ 2−(CI /CF)VRll
(7)となる。式(7)から、vcはVOOに依
存することがわかる。この依存性は、第5図の回路によ
って除去される。
(6)式(4)を(V A−V B )に代入すると、
Vc”Voo/ 2−(CI /CF)VRll
(7)となる。式(7)から、vcはVOOに依
存することがわかる。この依存性は、第5図の回路によ
って除去される。
第5図は、出力信号の■oo成分を除去する回路を示す
。この回路は、電圧フォロア回路網28、電流ミラー回
路網28および電流ミラー回路網30からなる。
。この回路は、電圧フォロア回路網28、電流ミラー回
路網28および電流ミラー回路網30からなる。
電圧フォロア回路網26は、演算増幅器32と、Nチャ
ネルFETデバイスQ1からなる。Qlのゲートは演算
増幅器32の出力に接続される。Qlのソースは、演算
増幅器32の反転入力に接続され、抵抗Rを介して接地
されている。この構成により、ノードCにおける入力電
圧Vcが抵抗Rの両端間にあられれる。
ネルFETデバイスQ1からなる。Qlのゲートは演算
増幅器32の出力に接続される。Qlのソースは、演算
増幅器32の反転入力に接続され、抵抗Rを介して接地
されている。この構成により、ノードCにおける入力電
圧Vcが抵抗Rの両端間にあられれる。
さらに第5図を参照すると、FETデバイスQ1のドレ
イン電極は、電流ミラー回路網28に接続されている。
イン電極は、電流ミラー回路網28に接続されている。
電流ミラー回路網28は、PチャネルFET、Q2およ
びQ3を含む。ソース電極Q2およびQ3は電源電圧(
Voo)に接続されている。電流ミラーは2のゲインを
有する。他のゲイン比も、この発明の原理および範囲を
逸脱することな(使用することができる。このゲインは
、Q3の幅と長さの比(W/L)を、Q2の幅と長さの
比の2倍にすることによって得られる。したがって、Q
2中を流れる電流(11)が、Q3中を流れる電流工2
の1/2になる。Q3のソース電極は、電流ミラー回路
網30に接続される。電流ミラー回路網30は、Nチャ
ネルFET1Q4およびQ5を含む。ソース電極Q4お
よびQ5は接地されている。Q5のドレイン電極は抵抗
Rを介して電源電圧VD、、および出力電圧v0に接続
される。電流ミラー30は1のゲインを有する。
びQ3を含む。ソース電極Q2およびQ3は電源電圧(
Voo)に接続されている。電流ミラーは2のゲインを
有する。他のゲイン比も、この発明の原理および範囲を
逸脱することな(使用することができる。このゲインは
、Q3の幅と長さの比(W/L)を、Q2の幅と長さの
比の2倍にすることによって得られる。したがって、Q
2中を流れる電流(11)が、Q3中を流れる電流工2
の1/2になる。Q3のソース電極は、電流ミラー回路
網30に接続される。電流ミラー回路網30は、Nチャ
ネルFET1Q4およびQ5を含む。ソース電極Q4お
よびQ5は接地されている。Q5のドレイン電極は抵抗
Rを介して電源電圧VD、、および出力電圧v0に接続
される。電流ミラー30は1のゲインを有する。
これはFETQ4およびQ5の幅と長さの比を等しくす
ることにより実現される。
ることにより実現される。
第5図の回路が、出力電圧v0のV。D成分を除去する
ことは、数学的に証明できる。第5図を参照すると、入
力電圧(Vc)は、FETQIのソース電極にあられれ
る。したがって、電流(工、)は次式で表わされる。
ことは、数学的に証明できる。第5図を参照すると、入
力電圧(Vc)は、FETQIのソース電極にあられれ
る。したがって、電流(工、)は次式で表わされる。
I 1= Vc/ R(8)
Q3のW/L比はQ2のW/L比の2倍であるたメl2
=2 I+=2VC/R(9) トランジスタQ4およびQ5は、下記のようなNチャネ
ルFETからなる電流ミラーを形成する。
=2 I+=2VC/R(9) トランジスタQ4およびQ5は、下記のようなNチャネ
ルFETからなる電流ミラーを形成する。
I3= l2=2VC/R(10)
この出力電圧は次式で表わされる。
V、=Voo−I3R=VDD 2VcV、= Vo
o−2(Voo/ 2−(CI / CF ) VRl
l)・・・・・・・・・ (11) V、=2 (CI/CF) VRll
(12)このように yoはコンデンサの容量比と、し
きい値調整のためのイオン注入のみに依存することが示
される。これらの変数は、CMOSプロセス内で厳密に
制御できる。
o−2(Voo/ 2−(CI / CF ) VRl
l)・・・・・・・・・ (11) V、=2 (CI/CF) VRll
(12)このように yoはコンデンサの容量比と、し
きい値調整のためのイオン注入のみに依存することが示
される。これらの変数は、CMOSプロセス内で厳密に
制御できる。
最良の電流整合は、電流ミラーのドレイン電圧がほぼ等
しいときに実現されることは注目に値する。たとえば、
I2とI3の整合は、Q4のドレイン・ソース電圧(V
、、4)が■。に等しいときに最良となる。電流ミラー
の出力インピーダンスを増大させるため、カスケード・
ステージを使用することもできる。
しいときに実現されることは注目に値する。たとえば、
I2とI3の整合は、Q4のドレイン・ソース電圧(V
、、4)が■。に等しいときに最良となる。電流ミラー
の出力インピーダンスを増大させるため、カスケード・
ステージを使用することもできる。
第1図は、本発明に基づく基準電圧発生回路の実施例を
示す図、第2図は、しきい僅差発生装置を示す図、第3
図は、スイッチドキャパシタ増幅回路を示す図、第4図
は、第3図の増幅器を制御するクロック・パルスと、こ
の増幅器によって発生したパルスの図、第5図は、電源
依存性除去装置の回路略図である。 10・・・・しきい値電圧差発生装置、12・・・・切
換式コンデンサ増幅器、14・・・・電源依存性除去装
置、16.18・・・・電流源、20・・・・演算増幅
器、Ql、Q2、Q3、Q4、Q5・・・・FET。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシヨン 代理人 弁理士 頓 宮 孝 −(外1名) 第1図
示す図、第2図は、しきい僅差発生装置を示す図、第3
図は、スイッチドキャパシタ増幅回路を示す図、第4図
は、第3図の増幅器を制御するクロック・パルスと、こ
の増幅器によって発生したパルスの図、第5図は、電源
依存性除去装置の回路略図である。 10・・・・しきい値電圧差発生装置、12・・・・切
換式コンデンサ増幅器、14・・・・電源依存性除去装
置、16.18・・・・電流源、20・・・・演算増幅
器、Ql、Q2、Q3、Q4、Q5・・・・FET。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシヨン 代理人 弁理士 頓 宮 孝 −(外1名) 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 差動電圧を発生する第1の手段と、 上記差動電圧を増幅しかつシフトして単端電圧を供給す
る第2の手段と、 上記単端電圧から不必要な成分を選択的に除去して電源
および温度に依存しない基準電圧を発生する第3の手段
と、 より成る基準電圧発生回路。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23189 | 1987-03-06 | ||
US07/023,189 US4742292A (en) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | CMOS Precision voltage reference generator |
US023189 | 1987-03-06 |
Publications (2)
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---|---|
JPS63229509A true JPS63229509A (ja) | 1988-09-26 |
JPH07111662B2 JPH07111662B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=21813604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63027815A Expired - Lifetime JPH07111662B2 (ja) | 1987-03-06 | 1988-02-10 | 基準電圧発生回路 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4742292A (ja) |
EP (1) | EP0282725B1 (ja) |
JP (1) | JPH07111662B2 (ja) |
DE (1) | DE3872275T2 (ja) |
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