JPH0210917A - Mosトランジスタのしきい値電圧発生回路 - Google Patents

Mosトランジスタのしきい値電圧発生回路

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JPH0210917A
JPH0210917A JP1050215A JP5021589A JPH0210917A JP H0210917 A JPH0210917 A JP H0210917A JP 1050215 A JP1050215 A JP 1050215A JP 5021589 A JP5021589 A JP 5021589A JP H0210917 A JPH0210917 A JP H0210917A
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JP
Japan
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voltage
mos transistor
inverter
threshold voltage
comparator
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JP1050215A
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English (en)
Inventor
Antoine Pavlin
アントワン ペブラン
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STMicroelectronics SA
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics SA
SGS Thomson Microelectronics Inc
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • 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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    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/24Regulating 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
    • G05F3/242Regulating 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
    • G05F3/245Regulating 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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はMOSトランジスタ集積回路装置に係わり、と
くに、変化する入力電圧を基準電圧と比較する比較器回
路に、温度や製造条件等の変動に適応したしきい値電圧
を適切に供給するMOSトランジスタのしきい値電圧発
生回路に関する。
[従来技術] 従来の比較器は例えばm3図に示すように用いられてい
た。第3図において、比較器1の入力には比較すべき二
つの電圧、即ち入力電圧V1nと基′S電圧■□、が印
加され、その出力はインバータ2に印加される。インバ
ータ2は、基準電圧vlI!rと、比較i1に供給され
るバイアス電圧が適切な値に設定され、また、Vin=
VR1pであるときに、MOSトランジスタ3にそのし
きい値電圧を供給するようになっている。
上記バイアス電圧を供給する従来の回路は、電源電圧v
DDと接地間に接続された二つのMO3I−ランジスタ
41と42の直列接続回路を含んでいる。41はデプレ
ション型のMO3I−ランジスタであり、42はエンハ
ンスメント型のMos+〜ランジスタである。MOSト
ランジスタ41のゲートはそのソースに接続されて負荷
として動作し、MO3I−ランジスタ42のゲートはそ
のドレインに接続され、MOSトランジスタ41と42
の接続点から上記比較器1のバイアス電圧が引き出され
る。
上記したインバータ2、および後述の本発明で用いるイ
ンバータとは、低レベルの入力に対して高レベルの出力
電圧を出力し、がっ、入力電圧の極性が反転しないもの
である。
第4図は第3図を詳細に、とくに比較器1の中身をさら
に詳細に示したものである。比較器1は二つのエンハン
スメント型M OS トランジスタ11と12を含み、
各ゲートにはそれぞれ、入力電圧Vlrtと基準電圧V
REFが印加されている。MOSトランジスタ11のド
レインは電源電圧VDDに接続され、MOSトランジス
タ12のドレインは、ゲートがソースに接続され、負荷
として動作するデプレション型のMOSトランジスタ1
3を介して電F(電圧VDDに接続されている。MOS
トランジスタ11と12のソースは共通に接続されたう
え、バイアスmのエンハンスメン1〜型MOSトランジ
スタ14を介して接地される。出方回路、即ちオフセッ
ト回路は、直列接続されたエンハンスメント型MoSト
ランジスタ15と16を含み、MOSトランジスタ15
のゲートはMO31〜ランジスタ13のゲートに接続さ
れ、MOSトランジスタ16のゲートはMOSトランジ
スタ14と42のゲートに接続される。
MoSトランジスタ41と42により設定されるバイア
ス電圧によりMOSトランジスタ14と16の電流レベ
ルが設定される。これらのMOSトランジスタの素子サ
イズは、上記比較器1、および上記オフセット回路に用
いるMOSトランジスタの素子サイズに対して、与えら
れた動作温度範囲とi遣条件によって定まるパラメータ
のばらつき範囲内で、Vtn=V**rのときに、イン
バータ2の出力電圧がMoSトランジスタ3のしきい値
電圧と等しくなるように相対的に定められる。
[発明が解決しようとする課題] 第3図、および第4図を用いて説明した従来回路では、
上記した条件の中の−っでも変化すると、インバータ2
の出力電圧はもはや、MO8+−ランジスタ3のしきい
値電圧と等しくならない、MOSトランジスタ11と1
2のソース電圧を■8、MOSトランジスタ15のゲー
ト電圧’< V yとし、上記バイアス電圧が増加した
場合を考えると、MoSトランジスタ14と16は更に
心電的になるので、上記Vx&Vyの値は減少する。そ
の結果、インバータ2の入力電圧が減少し、その出力電
圧は増加する。したがって、Vln”VREFにおける
インバータ2の出力電圧はもはやMOSトランジスタ3
のしきい値電圧とは等しくならない。
逆にMO3I−ランジスタ14と16のゲー1へに印加
される上記バイアス電圧が減少した場合には、インバー
タ2の出力電圧は減少する。
本発明の目的は、動作温度や製造条件等の変動によって
生じるパラメータの変動を許容し、上記したようなイン
バータ2の出力電圧のづれを生ぜず、常に MOSトラ
ンジスタに適正なしきい値電圧を供給することができる
MOSトランジスタのしきい値電圧発生回路を提供する
ことにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記の目的を達成するために、MoSトランジ
スタ集積回路内に集積され、第一の比較器にバイアス電
圧を供給する安定化電圧発生回路と、上記第一の比較器
によって駆動され、上記第一の比較器の入力電圧が等し
いときに、MOSトランジスタにそのしきい値電圧と等
しい電圧を供給する第一のインバータと、入力端子が共
通に基準電圧に接続された第二の比較器と、上記第二の
比較器によっ゛て駆動され、上記第一のインバータと同
一な第二のインバータと、上記第二のインバータによっ
て駆動され、出力が上記第一と第二の比較器の上記バイ
アス入力端子に接続された第三のインバータにより、上
記MOSトランジスタのしきい値電圧と等しいしきい値
電圧を発生させるようにする。
さらに、上記本発明において、 上記第二の比較器はゲートが上記基準電圧に共通に接続
された二つのMOSトランジスタを含み、上記二つのM
O3I−ランジスタのソースが上記第三のインバータの
出力電圧をゲートに印加されたバイアス用トランジスタ
を介して接地することができる。
さらに、上記本発明のにおいて、 上記第三のインバータは、直列に接続されたエンハンス
メント型MOSトランジスタとデプレション型MOSト
ランジスタを含み、上記エンハンスメント型MOSトラ
ンジスタは上記しきい値電圧が供給されるべき上記MO
Sトランジスタと同一の特性を有し、上記デプレション
型MOSトランジスタは上記第三のインバータの導通し
きい値付近におけるオン状態において、上記エンハンス
メント型MO5)−ランジスタに較べて高い抵抗値を有
するようにすることができる。
[作用] 以上のように構成したMOSトランジスタのしきい値電
圧発生回路は、動作温度や製造条件等の変動によって生
じるパラメータの変動を許容できるので、各種のMOS
トランジスタにそのしきい値電圧を、常に安定に供給す
ることができる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図、第2図を用いて説明
する。
第1図は、第3図に示した従来回路内の比較器1に、本
発明のバイアス回路を用いてバイアス電圧を供給する場
合を示している。上記バイアス回路は、第3図に示した
比較器1とインバータ2と同様に、比較器5とインバー
タ6を含むが、比較器5の二つの入力端子が基準電圧V
REFに共通に接続されている点が異なっている。イン
バータ6の出力はインバータ7の入力に接続され、イン
バータ7の出力8は比較器1と比較器5のバイアス電圧
として用いられる。この回路は、インバータ6がインバ
ータ7のしきい値電圧に殆ど等しい電圧を供給し、また
、インバータ7のしきい値電圧がMOSトランジスタ3
のしきい値電圧と実質的に等しくなるように設計されて
いる。インバータ7の入力電圧は、インバータ7の導通
しきい値電圧と実質的に等しく、そして僅かに高いので
、このインバータ7には電流が僅かに流れ、比較器1.
5等に与えるバイアス電圧を発生する。
上記のバイアス電圧発生回路の動作は第2図に示す典型
的な実際回路と関係付けるとさらによく理解することが
出来る。第2図では比較器5とインバータ6、および7
が同様に示さ熟ている。比較器5は第4図に示した比較
器1と同様のものである。インバータ7はエンハンスメ
ント型のMOSトランジスタ71を含み、MOSトラン
ジスタフ1のゲートはインバータ6の出力を受け、デプ
レション型のMOSトランジスタ72内の電荷によって
電源電圧V。Dに接続される。MOSトランジスタ72
のゲートは、MOI−ランジスタフ1とMOSトランジ
スタ72の接続端子8に接続され、接続端子8は比較器
5のバイアス端子に相当する出力端子として、MOSト
ランジスタ54と56の共通接続点に接続されている。
同様に接続端子8は比較器1のバイアス端子にも接続さ
れる。
MOSトランジスタ71はMOSトランジスタ3を正し
くそのしきい値電圧にバイアスするために、MOSトラ
ンジスタ3と同一に作られる。比較器5とインバータ6
の回路は、MOSトランジスタ71の入力電圧Vpが僅
かにそのしきい値電圧より高くなるように設計される。
斯様にして、MOSトランジスタ3を駆動するインバー
タ2の出力電圧はインバータ6の出力電圧と等しくなり
、平衡状態において Vp =VT +Id−・g。
という望ましい結果が得られることになる。ただし、V
TはMOSトランジスタ71、または3のしきい値電圧
1g1はMOSトランジスタ71の相互コンダクタンス
、IdsはMOSトランジスタ71を流れる電流である
。いま、仮にMOSトランジスタ71のしきい値電圧V
アが、例えば温度の変動によって上記した平衡状態から
増加したとすると(したがって、同一の集積回路内に作
られたMos+−ランジスタ3のしきい値電圧も同時に
同じように増加する)、MOSトランジスタ71の電流
は減少する。この電流の減少によって端子8上のバイア
ス電圧は増加し、Mo3)−ランジスタ51と52の接
続点電圧vxは減少する。この結果、比較器5の出力電
圧は減少し、上記の■。
が増加する。このVpの増加により、端子8上のバイア
ス電圧が減少する。このようなバイアス電圧の変化はV
アの増化を相殺するように作用する。vTが減少する場
合にも同様な相殺作用が働く、この結果、インバータ7
の出力電圧、即ち上記バイアス電圧は常に、MOSトラ
ンジスタ3のしきい値電圧よりも僅かに高くなるように
維持されるのである。
第2図によれば、この回路が動作するためには、導通し
きい値電圧の近傍で、MOSトランジスタ72の抵抗値
がMOSトランジスタ71の抵抗値に較べて高いことが
本質的に重要であることは勿論である。。−例として、
上記導通しきい値電圧の近傍におけるMOSトランジス
タ72の抵抗値として100にΩ程度、また、MOSト
ランジスタ71の抵抗値として100Ω程度が適当であ
る。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明を適用すると、動作温度や
wi造条件等の変動によって生じるパラメータの変動を
許容するMOSトランジスタのしきい値電圧発生回路が
得られるので、各種のMOSトランジスタにそのしきい
値電圧を常に安定に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるバイアス回路のブロック図、第2
図は本発明によるバイアス回路の回路図、第3図は従来
技術による比軟回路のブロック図、第4図は従来技術に
よる比転回路の回路図。 1.5・・・比較器、2.6.7・・・インバータ、3
.11.12.14.15.16.42.51.52.
54.55.56.71・・・エンハンスメント型Mo
Sトランジスタ、13.41.53.72・・・デプレ
ション型MOSトランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、MOSトランジスタ集積回路内に集積され、第一の
    比較器にバイアス電圧を供給する安定化電圧発生回路と
    、上記第一の比較器によって駆動され、上記第一の比較
    器の入力電圧が等しいときに、MOSトランジスタにそ
    のしきい値電圧と等しい電圧を供給する第一のインバー
    タと、入力端子が共通に基準電圧に接続された第二の比
    較器と、上記第二の比較器によって駆動され、上記第一
    のインバータと同一な第二のインバータと、上記第二の
    インバータによって駆動され、その出力が上記第一と第
    二の比較器のバイアス入力端子に接続され、また、上記
    MOSトランジスタのしきい値電圧と等しいしきい値電
    圧を有する第三のインバータとを備えたことを特徴とす
    るMOSトランジスタのしきい値電圧発生回路。 2、請求項1において、 上記第二の比較器は、上記第一の比較器の入力に供給さ
    れる基準電圧と同じ基準電圧にゲートが共通に接続され
    た二つのMOSトランジスタを含み、上記二つのMOS
    トランジスタのソースが上記第三のインバータの出力電
    圧をゲートに印加されたバイアス用MOSトランジスタ
    を介して接地されたことを特徴とするMOSトランジス
    タのしきい値電圧発生回路。 3、請求項1または2において、 上記第三のインバータは、直列に接続されたエンハンス
    メント型MOSトランジスタとデプレシヨン型MOSト
    ランジスタを含み、上記エンハンスメント型トランジス
    タは上記しきい値電圧が供給されるべき上記MOSトラ
    ンジスタと同一の特性を有し、上記デプレション型トラ
    ンジスタは上記第三のインバータの導通しきい値付近に
    おけるオン状態において、上記エンハンスメント型トラ
    ンジスタに較べて高い抵抗値を有するようにしたことを
    特徴とするMOSトランジスタのしきい値電圧発生回路
JP1050215A 1988-03-09 1989-03-03 Mosトランジスタのしきい値電圧発生回路 Pending JPH0210917A (ja)

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ID=9364534

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Country Status (6)

Country Link
US (1) US4954728A (ja)
EP (1) EP0332548B1 (ja)
JP (1) JPH0210917A (ja)
KR (1) KR890015102A (ja)
DE (1) DE68907504T2 (ja)
FR (1) FR2628547B1 (ja)

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EP0332548A1 (fr) 1989-09-13
EP0332548B1 (fr) 1993-07-14
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