JPH0227681B2 - - Google Patents

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JPH0227681B2
JPH0227681B2 JP55098617A JP9861780A JPH0227681B2 JP H0227681 B2 JPH0227681 B2 JP H0227681B2 JP 55098617 A JP55098617 A JP 55098617A JP 9861780 A JP9861780 A JP 9861780A JP H0227681 B2 JPH0227681 B2 JP H0227681B2
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JP
Japan
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voltage
node
transistors
field effect
effect transistor
Prior art date
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Application number
JP55098617A
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English (en)
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JPS5638934A (en
Inventor
Haaman Uiremu Sorutaazu Reerofu
Josefu Maria Koomen Joonzu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of JPS5638934A publication Critical patent/JPS5638934A/ja
Publication of JPH0227681B2 publication Critical patent/JPH0227681B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/24Frequency-independent attenuators
    • H03H11/245Frequency-independent attenuators using field-effect transistor

Landscapes

  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOS分圧回路、特にしきい値電圧お
よび周囲温度の変化が出力電圧に殆ど影響を及ぼ
さない改良された分圧回路に関するものである。
MOS分圧回路は広範囲に使用され、例えば4K
および16KダイナミツクRAM(ランダムアクセス
メモリ)における差動増幅器形入力バツフアに対
する基準電圧発生器として使用される。本明細書
では用語MOSを金属酸化物半導体電界効果トラ
ンジスタMOSFETの略称として使用する。一般
に、かかる電圧発生器は直列に多数のトランジス
タを必要とし、これにより多数のしきい値電圧降
下が生じ、これは入力電圧が比較的高い場合しか
許容できない。
1978年1月17日付の米国特許第4069430号明細
書には、エンハンスメント形トランジスタおよび
デイプリーシヨン形トランジスタの両方を有しか
つこれらトランジスタのすべてを直列に接続した
MOS分圧回路が記載されている。また1968年6
月22日付で公告されたドイツ国特許出願第
2435606号には直列接続した2個のデイプリーシ
ヨン形トランジスタが記載されている。また、
1979年5月1日付の米国特許第4152716号明細書
には、すべて直列接続した多数のエンハンスメン
ト形トランジスタが記載されている。
本発明の分圧回路は入力ノード、出力ノード、
共通ノード、およびこれら3つのノードに結合し
た3個の電界効果トランジスタを備える。これら
3個の電界効果トランジスタのうち第1および第
2トランジスタは出力ノードおよび共通ノード間
に並列に接続する。第3電界効果トランジスタは
並列接続した第1および第2電界効果トランジス
タと直列に入力ノードおよび共通ノード間に接続
する。入力ノードおよび共通ノード間に直流電圧
を供給した場合、低減された直流電圧が出力ノー
ドおよび共通ノード間に生ずる。
出力電圧はしきい値電圧の変化に対し極めて安
定である。エンハンスメント形トランジスタを使
用した場合には、分圧回路は入力電圧をしきい値
電圧の2倍まで低下させても良好に動作する。
しきい値電圧の変化は数個の異なる原因に起因
する。処理条件が相違することにより、所定時間
に処理されたデバイスにおけるトランジスタがこ
れと異なる時間に処理されたデバイスにおけるト
ランジスタとは異なるしきい値電圧を有するとい
う事態が起る。また、所定のデバイスの作動に当
り温度変化によつてしきい値電圧が変化する。ま
た、該デバイスの作動に当り基板におけるバイア
ス電圧の変化によつてしきい値電圧の変化が起
る。
構造が簡単である他、本発明の分圧回路は極め
て安定な出力電圧を発生する。トランジスタの幾
何学的構成だけを適切に選定することにより、1
つのトランジスタのしきい値電圧より大きくかつ
入力電圧の1/2より小さい出力電圧に対しては出
力ノード電圧をしきい値電圧および温度の変化に
は左右されないようにすることができる。更に、
出力および入力電圧の間の比が一定に維持され
る。
図面につき本発明を説明する。
図面は本発明のMOS分圧回路を示す。この分
圧回路は3個のノード16,18,20に結合し
た3個のMOSトランジスタ10,12,14を
備える。ここで、ノード16は入力ノードと称
し、ノード18は出力ノードと称し、ノード20
は接地されており共通ノードと称する。入力ノー
ド16はドレイン用電源電圧VDDに結合し、共通
ノード20はソース用電源電圧VSSに結合する。
トランジスタ10および12は入力ノード16
および共通ノード20の間に直列に接続する。ト
ランジスタ10のドレインは入力ノード16に接
続する。トランジスタ10のソースおよびトラン
ジスタ12のドレインは互に接続すると共に出力
ノード18に接続する。トランジスタ12のソー
スは共通ノード20に接続する。トランジスタ1
0および12のゲートは互に接続すると共に、入
力ノード16に接続する。
出力ノード18および共通ノード20の間にお
いてトランジスタ12と並列にトランジスタ14
を接続し、トランジスタ12および14のドレイ
ンを出力ノード18に接続しかつこれらトランジ
スタのソースを共通ノード20に接続する。トラ
ンジスタ14のゲートはそのドレインおよび出力
ノード18に接続する。
すべてのトランジスタ10,12,14は一導
電形とし、かつこれらトランジスタはすべてエン
ハンスメント形とすると好適である。エンハンス
メント形トランジスタはゲート電位がしきい値レ
ベル(ソース電位より高い)より低い限り非導通
であり、ゲート電位がこのしきい値レベルを越え
た場合導通する。図示の分圧回路はすべてデイプ
リーシヨン形であるトランジスタを用いて作動す
るが、その再現性が良好であることのためエンハ
ンスメント形のトランジスタを使用すると好適で
ある。しかしいずれの場合においても分圧回路が
エンハンスメント形トランジスタおよびデイプリ
ーシヨン形トランジスタの両方を含むことがない
ようにしなければならない。
すべてのトランジスタ10,12,14のゲー
トは高電位に結合されるから、これらトランジス
タは導通し、入力ノード16におけるドレイン用
入力電源電圧VDDはこれらトランジスタの抵抗値
に応じて分圧される。これらトランジスタの抵抗
値はそのW/L比の関数であるから、所望の分圧
値はトランジスタのW/L比を適切に調整するこ
とにより調節することができる。
MOSトランジスタのβは次式 β=μ0・C0・W/L によつて規定され、ここでμ0はチヤンネルにおけ
るキヤリアの移動度、C0は単位面積当りの酸化
物キヤパシタンス、Wはチヤンネルの幅、Lはチ
ヤンネルの長さ即ちソースおよびドレインの間の
距離である。またMOSトランジスタのドレイン
電流IDは、線形領域では ID≒β(VGS−VT−VD/2)・VD 飽和領域では ID≒β/2(VGS−VT2 で表わされる(例えば馬場玄式;内野春喜氏著、
最新・電子デバイス事典、ラジオ技術社、昭和51
年3月20日初版発行の第67頁を参照しうる)。こ
こにVGSはトランジスタのゲート・ソース間電
圧、VTはしきい値電圧、VDはドレイン電圧であ
る。トランジスタ10および14は飽和領域で動
作し、トランジスタ12は線形領域で動作する。
トランジスタ10のドレイン電流ID10はトランジ
スタ12および14のドレイン電流の和(ID12
ID14)に等しい。β1,β2,β3をそれぞれトランジ
スタ10,14,12に関連するβとし、W1
W2,W3をそれぞれトランジスタ10,14,1
2のチヤンネル幅とすると、トランジスタ10の
ドレイン電流ID10は前記の飽和領域の式から明ら
かなように ID10=β1/2(V1N−V0UT−VT2 となり、トランジスタ14のドレイン電流ID14
前記の飽和領域の式から明らかなように ID14=β2/2(V0UT−VT2 となり、トランジスタ12のドレイン電流ID12
前記の線形領域の式から明らかなように ID12=β3(VIN−VT−1/2VOUT)VOUT となる。従つて次式(1)が満足される。
(1) β1/2(VIN−VT−VOUT2=β2/2(VOUT−VT
2+β3{(VIN −VT)VOUT−1/2VOUT 2} の如く表わすことができる。すべてのトランジス
タにつきチヤンネルの長さLおよびプロセス・パ
ラメータが等しいと仮定すると、この式は (2) W1(VIN−VT−VOUT2=W2(VOUT−VT2+W3{2
(VIN −VT)VOUT−VOUT 2} となる。この式をVTで微分することにより (3) 2W1(VIN−VT−VOUT)(−1−∂VOUT/∂VT)=2
W2(VOUT−VT)(∂VOUT/∂VT −1)+W3{2(VIN−VT)∂VOUT/∂VT−2VOUT
−2MVOUT∂VOUT/∂VT} となる。出力電圧がしきい値電圧の変化に依存し
ないようにする為にこの式で∂VOUT/∂VTを0と置け ば、 次式 (4) −2W1(VIN−VT−VOUT)+2W2(VOUT−VT)+2W3V
OUT=0 が得られる。変数W1,W2およびW3を有するこ
れらの式(2)および(4)から次式(5)が得られる。
(5) W2(VOUT−VT)(VIN−VT−VOUT)−W2(VOUT−VT
2 =W3(VIN−VT)VOUT この式はVIN,VOUTおよびVTに対する変数W2
およびW3の関係を示しており変数W1は変数W2
およびW3に依存する。
例えば抵抗を有する既知の分圧回路において、
入力電圧が変化した際に出力電圧と入力電圧との
比を一定に保つことができる。分圧回路のこの特
徴はMOS分圧器に対しても得られる。
ここで前記の式(2)をVINについて微分すると、
次式(6)が得られる。
(6) 2W1(VIN−VT−VOUT)−2W3VOUT={2W1(VIN−VT
−VOUT) +2W2(VOUT−VT)+2K3(VIN−VT)−2W3VOUT
∂VOUT/∂VIN 前記の式(4)をこの式(6)に代入することにより次
式(7)が得られる。
(7) ∂VOUT/∂VIN=2W2(VOUT−VT)/4W2(VOUT−VT
)+2W3(VIN−VT) =W2(VOUT−VT)/2W2(VOUT−VT)+W3(VIN
VT) この式(7)の右辺の分母および分子にVOUTを乗
じ、その分母の2番目の項W3(VIN−VT)VOUT
式(5)の左辺を代入すると次式(8)が得られる。
(8) ∂VOUT/∂VIN=VOUT/VIN この式は出力電圧の変化率∂VOUT/VOUTは入力電圧 の変化率∂VIN/VINに等しいということを意味する。
出力電圧に対する入力電圧の相対変化はこれら電
圧の絶対比率に等しい。また上述した式の導出は
次式(9)が満足されている限り有効なものである。
(9) VT<VOUT<VIN/2 さもないと、エンハンスメントトランジスタの
少くとも1つが導通せず、従つて分圧器が適切に
動作しない為である。VIN=5V,VT=0.8V,
VOUT=1.5Vに対してはW1=1.72W3;W2=4.5W3
となり、ここでW3は自由に選定することができ、
これは分圧回路における電流レベルを決定するだ
けである。この計算ではトランジスタ10のしき
い値電圧に対するボデイ効果(body effect)の
結果は省略してある。これを含めると数学的解析
が極めて複雑になる。コンピユータによる解析に
おいてはこの効果を包含させることができ、
W1/W3およびW2/W3に対し若干異なる値が得
られる。
本発明による分圧回路は、入力電圧の直線性関
数でありかつしきい値電圧の変化に左程感応しな
い出力電圧を発生する。典型的な場合、しきい値
電圧の変化に対する出力電圧の変化は1ボルト当
り約10ミリボルトに過ぎない。温度変化に対する
出力電圧の変化は1ケルビン温度当り約65マイク
ロボルトに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示す回路図である。 10,12,14…MOSトランジスタ、16
…入力ノード、18…出力ノード、20…共通ノ
ード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (イ) 入力ノード、出力ノードおよび共通ノー
    ド、 (ロ) 出力ノードおよび共通ノード間に並列接続し
    た第1および第2電界効果トランジスタ、 (ハ) 該並列接続した第1および第2電界効果トラ
    ンジスタと直列の状態で入力ノードおよび共通
    ノード間に接続した第3電界効果トランジスタ
    を具え、前記の第1,第2および第3電界効果
    トランジスタをすべて同一の導電型とし、これ
    ら電界効果トランジスタのチヤンネルの長さ対
    幅の比は、入力ノードに供給された直流電圧に
    対し低減した直流電圧を出力ノードに発生しこ
    の低減した直流電圧が電界効果トランジスタの
    しきい値電圧変化に殆ど依存しないように規定
    したことを特徴とする分圧回路。 2 第1および第3電界効果トランジスタのゲー
    トを互に接続すると共に入力ノードに接続し、か
    つ第2電界効果トランジスタのゲートを出力ノー
    ドに接続したことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の分圧回路。 3 3個の電界効果トランジスタをすべてエンハ
    ンスメント形としたことを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載の分圧回路。
JP9861780A 1979-07-20 1980-07-18 Voltage divider circuit Granted JPS5638934A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/059,228 US4298811A (en) 1979-07-20 1979-07-20 MOS Voltage divider

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5638934A JPS5638934A (en) 1981-04-14
JPH0227681B2 true JPH0227681B2 (ja) 1990-06-19

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ID=22021623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9861780A Granted JPS5638934A (en) 1979-07-20 1980-07-18 Voltage divider circuit

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Country Link
US (1) US4298811A (ja)
JP (1) JPS5638934A (ja)
CA (1) CA1150785A (ja)
DE (1) DE3026741C2 (ja)
FR (1) FR2462050A1 (ja)
GB (1) GB2056130B (ja)
IT (1) IT1131710B (ja)
SG (1) SG70783G (ja)

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