JPH0248926B2 - - Google Patents
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- JPH0248926B2 JPH0248926B2 JP55029387A JP2938780A JPH0248926B2 JP H0248926 B2 JPH0248926 B2 JP H0248926B2 JP 55029387 A JP55029387 A JP 55029387A JP 2938780 A JP2938780 A JP 2938780A JP H0248926 B2 JPH0248926 B2 JP H0248926B2
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、モノリシツク基準電圧源に関するも
のである。最近は、A/D変換器、D/A変換器
等、いわゆるアナログ回路を含むシステムの
MOS・LSI化が盛んに行なわれているが、基準
電圧源に関しては、未だモノリシツクなMOS・
LSI上に集積化されていない。これは、工程適合
性の点からバイポーラ形素子を用いた基準電圧源
で用いられるツエナダイオードの如きPN接合ダ
イオードの使用が困難なこと及びMOSにおいて
は一般的に閾電圧(以下VTHと略記する。)のコ
ントロールが困難である為そのままでは利用でき
ないことによるものであつた。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a monolithic reference voltage source. Recently, systems that include so-called analog circuits, such as A/D converters and D/A converters,
Although MOS/LSI is being actively implemented, reference voltage sources are still monolithic MOS/LSI.
Not integrated on LSI. This is because it is difficult to use a PN junction diode such as a Zener diode used in a reference voltage source using a bipolar element from the point of view of process compatibility, and in general in MOS, the threshold voltage (hereinafter abbreviated as V TH) is difficult to use. ) cannot be used as is because it is difficult to control.
本発明の目的は、この困難を解決し、基準電圧
源として充分な精度を保証できるモノリシツク基
準電圧源を提供することである。 The object of the present invention is to overcome this difficulty and provide a monolithic reference voltage source that can guarantee sufficient accuracy as a reference voltage source.
以下、図面を用いて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained using the drawings.
第1図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。図において、1はVTHN1のVTHをもつNチヤネ
ルMOSトランジスタ、2はVTHN2(但しVTN2>
VTN1)のVTHをもつNチヤネルMOSトランジス
タ、3は抵抗値R1のモノリシツク抵抗、4,5,
6はそれぞれVTHPの等しいVTHをもつPチヤネル
MOSトランジスタ、7は抵抗値R2のモノリシツ
ク抵抗である。第1図において、トランジスタ1
のゲートと、トランジスタ2のゲート及びドレイ
ンは共通に接続され、又、トランジスタ4のゲー
ト及びドレインは、トランジスタ5,6のゲート
に接続されている。そして、トランジスタ4,1
と抵抗3が、正電源(+VDD)と接地の間に直列
回路を構成し、トランジスタ5と2及びトランジ
スタ6と抵抗7も、それぞれ正電源と接地の間に
直列回路を構成しており、トランジスタ6と抵抗
7の接続点が、基準電圧源の出力点9となつてい
る。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an N-channel MOS transistor with V THN1 , and 2 is V THN2 (however , V TN2 >
N-channel MOS transistor with V TH of V TN1 ), 3 is a monolithic resistor with resistance value R 1 , 4, 5,
6 are P channels with equal V TH of V THP , respectively.
The MOS transistor 7 is a monolithic resistor with a resistance value R2 . In Figure 1, transistor 1
The gate of transistor 2 and the gate and drain of transistor 2 are connected in common, and the gate and drain of transistor 4 are connected to the gates of transistors 5 and 6. And transistors 4, 1
and resistor 3 form a series circuit between the positive power supply (+V DD ) and ground, and transistors 5 and 2 and transistor 6 and resistor 7 also form a series circuit between the positive power supply and ground, respectively. The connection point between the transistor 6 and the resistor 7 is the output point 9 of the reference voltage source.
第1図の動作説明に入る前に、VTHの性質につ
いて説明する。通常のVTHとVTH1とすると、次式
で表わされる。 Before going into the explanation of the operation of FIG. 1, the properties of V TH will be explained. Assuming normal V TH and V TH1 , it is expressed by the following equation.
VTH1=φMS−QSS/C0+2φf−QB/C0……(1)
(1)式において、φMSはゲート電極とシリコン
基板との間の仕事関数、QSSは単位面積当りのシ
リコン基板と酸化膜の界面電荷、C0は単位面積
当りのゲート容量、φfはフエルミ電位、QBは単
位面積当りの空乏層電荷である。 V TH1 = φMS−Q SS /C 0 +2φf−Q B /C 0 ...(1) In equation (1), φMS is the work function between the gate electrode and the silicon substrate, and Q SS is the silicon per unit area. The interfacial charge between the substrate and the oxide film, C 0 is the gate capacitance per unit area, φf is the Fermi potential, and Q B is the depletion layer charge per unit area.
(1)式は、プロセスや温度に依存する項を多く含
んでいる。VTHを2種類つくる為には、通常イオ
ン打込みが用いられるが、イオン打込みを追加す
ると、VTHは次のように変化する。 Equation (1) contains many terms that depend on process and temperature. Ion implantation is normally used to create two types of V TH , but when ion implantation is added, V TH changes as follows.
VTH2≒φMS−QSS/C0+2φf−QB/C0−Qi/C0……(
2)
(2)式において、Qiは単位面積当りの打込み電荷
重である。(2)式も(1)式と同様に、プロセスや温度
に依存する項を含んでいるが、(1)式より(2)式を引
くと、次式が得られる。 V TH2 ≒φMS−Q SS /C 0 +2φf−Q B /C 0 −Q i /C 0 ……(
2) In equation (2), Q i is the implanted charge weight per unit area. Like equation (1), equation (2) also includes terms that depend on process and temperature, but by subtracting equation (2) from equation (1), the following equation is obtained.
VTH1−VTH2≒Qi/C0 ……(3)
(3)式は、VTHの差がイオン打込み電荷量Qiによ
つて決まることを示しているが、この電圧値は、
制御可能な再現性のよいプロセス・ステツプに依
存しており、しかも、温度に依存しない。 V TH1 −V TH2 ≒Q i /C 0 ...(3) Equation (3) shows that the difference in V TH is determined by the ion implantation charge amount Q i , but this voltage value is
It relies on controllable, reproducible process steps and is temperature independent.
本発明はこの点を利用してなされたものであ
り、再び第1図に戻つて動作説明をする。 The present invention has been made by taking advantage of this point, and the operation will be explained by returning to FIG. 1 again.
第1図において、簡単の為トランジスタ1と2
のチヤネル導電率K(=μC0W/L)は等しく、トラ
ンジスタ4と5のチヤネル導電率Kも等しいとす
る。ここでμは移動度、Wはチヤネル巾、Lはチ
ヤネル長を示す。 In Figure 1, transistors 1 and 2 are shown for simplicity.
It is assumed that the channel conductivities K (=μC 0 W/L) of the transistors 4 and 5 are the same, and the channel conductivities K of the transistors 4 and 5 are also the same. Here, μ is the mobility, W is the channel width, and L is the channel length.
さて、トランジスタ4と5はいわゆるカレント
ミラー回路を構成している為、通常の動作状態に
おいては、トランジスタ1に流れる電流I1とトラ
ンジスタ2に流れる電流I2は等しい。従つて、I1
とI2は次式で表わされる。 Now, since the transistors 4 and 5 constitute a so-called current mirror circuit, the current I 1 flowing through the transistor 1 and the current I 2 flowing through the transistor 2 are equal in the normal operating state. Therefore, I 1
and I 2 are expressed by the following equation.
I1=K(VGS1−VTH1)2 ……(4)
I2=K(VGS2−VTH2)2 ……(5)
ここで、VGS1,VGS2は、それぞれトランジスタ
1,2のゲート・ソース間電圧を示す。 I 1 = K (V GS1 - V TH1 ) 2 ... (4) I 2 = K (V GS2 - V TH2 ) 2 ... (5) Here, V GS1 and V GS2 are the values of transistors 1 and 2, respectively. Indicates gate-source voltage.
(4),(5)で、I1=I2とすると、次式が成り立つ。 If I 1 = I 2 in (4) and (5), the following equation holds.
VGS2−VGS1=VTHN2−VTHN1 ……(6)
イオン注入によつてVTHN1をつくつたとすると、
(6)式の右辺は、前に述べたQi/C0に等しく、又、(6)
式の左辺は抵抗3の両端電圧に等しい。従つて次
式が得られる。 V GS2 −V GS1 =V THN2 −V THN1 ……(6) Assuming that V THN1 is created by ion implantation,
The right side of equation (6) is equal to Q i /C 0 mentioned above, and the left side of equation (6) is equal to the voltage across resistor 3. Therefore, the following equation is obtained.
I1×R1=Qi/C0 ……(7)
次に、トランジスタ6のチヤネル導電率とトラ
ンジスタ4,5のチヤネル導電率との比をKRと
すると、抵抗7を流れる電流I3は、I3=KR・I1よ
り求められるもので、出力電圧V0は次の(8)式で
表わされる。 I 1 ×R 1 = Q i /C 0 ...(7) Next, if the ratio between the channel conductivity of transistor 6 and the channel conductivity of transistors 4 and 5 is K R , then the current flowing through resistor 7 is I 3 is obtained from I 3 = K R · I 1 , and the output voltage V 0 is expressed by the following equation (8).
V0=I3・R2=KR・I1・R2
=KR・R2/R1・Qi/C0 ……(8)
前にも述べたように、イオン打込み電荷量Qiは
精度良くコントロールすることができ、又、KR
及びR2/R1もチヤネル導電率及び抵抗の絶対値
ではなく、比として意味をもつのであるから、集
積回路のパターン設計に注意すれば、出力電圧
V0の精度を悪化させる要因にはならず、精度の
高い基準電圧源が得られる。又、温度特性につい
ても、KR及びR2/R1は温度係数が零と考えられ、
Qi/C0も前述のように温度に依存しないので、温
度特性のすぐれた基準電圧源となる。 V 0 = I 3 · R 2 = K R · I 1 · R 2 = K R · R 2 /R 1 · Q i /C 0 ...(8) As mentioned before, the ion implantation charge amount Q i can be controlled with high precision, and K R
and R 2 /R 1 are not the absolute values of the channel conductivity and resistance, but have meaning as a ratio, so if you pay attention to the pattern design of the integrated circuit, the output voltage can be
This does not become a factor that deteriorates the accuracy of V 0 and a highly accurate reference voltage source can be obtained. Also, regarding temperature characteristics, K R and R 2 /R 1 are considered to have zero temperature coefficients,
Since Q i /C 0 also does not depend on temperature as described above, it becomes a reference voltage source with excellent temperature characteristics.
第2図は本発明の他の実施例を示す回路図で、
(1)〜(5)と(7)は第1図の場合と同じ抵抗及びトラン
ジスタ、(8)はVTHN2のしきい電圧をもつNチヤネ
ルMOSトランジスタである。第2図に示す回路
の動作は第1図のものとほぼ同じで、異なる点
は、抵抗7が出力点9と正電源の間に設けられて
いる為、正電源と出力点9の間の出力電圧V0が
基準電圧となる点である。第2図の基準電圧源
が、精度良くかつ温度依存性が小さい点は、第1
図のそれと同じである。 FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention,
(1) to (5) and (7) are the same resistors and transistors as in the case of FIG. 1, and (8) is an N-channel MOS transistor with a threshold voltage of V THN2 . The operation of the circuit shown in FIG. 2 is almost the same as that in FIG. This is the point where the output voltage V 0 becomes the reference voltage. The reference voltage source shown in Fig. 2 has high accuracy and low temperature dependence.
It is the same as that in the figure.
第3図および第4図はそれぞれ本発明の更に他
の実施例を示す回路図で、トランジスタ1,2お
よびトランジスタ4,5のゲートの接続が、第1
図および第2図に示したものと異なるが、動作及
び特性は同様である。 3 and 4 are circuit diagrams showing still other embodiments of the present invention, in which the gates of transistors 1 and 2 and transistors 4 and 5 are connected in the first
Although different from those shown in FIG. 2 and FIG. 2, the operation and characteristics are similar.
第5図〜第8図は本発明の更に他の実施例を示
す回路図で、11,12,18はそれぞれ等しい
VTHNのしきい電圧をもつNチヤネルMOSトラン
ジスタ、13,17はそれぞれ抵抗値R1,R2の
値をもつモノリシツク抵抗、14はVTHP1のしき
い電圧をもつPチヤネルMOSトランジスタ、1
5,16はVTHP2(ここでVTHP2>VTHP1)のしきい
電圧をもつPチヤネルMOSトランジスタである。
第5図〜第8図の回路の動作は第1図〜第4図の
回路の動作と基本的に同じで、第5図〜第8図で
は、Nチヤネルトランジスタの代りにPチヤネル
トランジスタにイオン打込みをして2種類のしき
い電圧を実現し、このしきい電圧の差から基準電
圧源をつくつているのである。 5 to 8 are circuit diagrams showing still other embodiments of the present invention, in which 11, 12, and 18 are respectively equal.
N-channel MOS transistor with a threshold voltage of V THN ; 13 and 17 are monolithic resistors with resistance values R 1 and R 2 respectively; 14 is a P-channel MOS transistor with a threshold voltage of V THP1 ;
5 and 16 are P-channel MOS transistors having a threshold voltage of V THP2 (here, V THP2 >V THP1 ).
The operation of the circuits shown in FIGS. 5 to 8 is basically the same as the operation of the circuits shown in FIGS. 1 to 4. In FIGS. Two types of threshold voltages are realized by implantation, and a reference voltage source is created from the difference between these threshold voltages.
以上の説明では、抵抗はモノリシツク抵抗とし
たが、抵抗の働きをする他の能動素子等で置き換
えてもよいことは言うまでもない。 In the above description, the resistor is a monolithic resistor, but it goes without saying that it may be replaced with other active elements that function as a resistor.
第1図乃至第8図は、それぞれ本発明によるモ
ノリシツク基準電圧源の実施例を示す回路図であ
る。
図において、1,2,8,11,12,18は
NチヤネルMOSトランジスタ、3,7,13,
17はモノリシツク抵抗、4,5,6,14,1
5,16はPチヤネルMOSトランジスタである。
なお、図中同一符号は同一又は相当する部分を示
す。
1 to 8 are circuit diagrams each showing an embodiment of a monolithic reference voltage source according to the present invention. In the figure, 1, 2, 8, 11, 12, 18 are N-channel MOS transistors, 3, 7, 13,
17 is a monolithic resistor, 4, 5, 6, 14, 1
5 and 16 are P-channel MOS transistors.
Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
第2導電形の第2のMOSトランジスタと、第1
の抵抗素子とからなる第1の直列回路、上記第1
のMOSトランジスタとしきい電圧が実質的に同
一である第1導電形の第3のMOSトランジスタ
と、上記第2のMOSトランジスタのしきい電圧
の絶対値より大きな絶対値のしきい電圧を有する
第2導電形の第4のMOSトランジスタとからな
る第2の直列回路及び第5のMOSトランジスタ
と第2の抵抗素子とからなる第3の直列回路を第
1の電位点と第2の電位点間に並列接続してな
り、上記第1及び第3のMOSトランジスタの各
ゲートを、上記第1と第2の直列回路のうち一方
の直列回路を構成する2つのMOSトランジスタ
の接続点に共通接続すると共に、上記第2及び第
4のMOSトランジスタの各ゲートを、上記第1
と第2の直列回路のうち他方の直列回路を構成す
る2つのMOSトランジスタの接続点に共通接続
し、さらに上記第5のMOSトランジスタのゲー
トを、上記第1と第3のMOSトランジスタのゲ
ート又は上記第2と第4のMOSトランジスタの
ゲートに共通接続し、上記第5のMOSトランジ
スタの導電形をゲートが接続された上記第1及び
第2の直列回路のMOSトランジスタと同一にし、
また上記第5のMOSトランジスタと上記第2の
抵抗素子との接続点に基準電圧出力端子を設けた
ことを特徴とするモノリシツク基準電圧源。 2 第5のMOSトランジスタのしきい電圧は、
そのゲートが接続された第2の直列回路のMOS
トランジスタのしきい電圧と同一であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のモノリシツ
ク基準電圧源。[Claims] 1. A first MOS transistor of a first conductivity type;
a second MOS transistor of a second conductivity type;
a first series circuit consisting of a resistive element;
a third MOS transistor of the first conductivity type whose threshold voltage is substantially the same as that of the MOS transistor; and a second MOS transistor whose absolute value is greater than the absolute value of the threshold voltage of the second MOS transistor. A second series circuit consisting of a fourth conductivity type MOS transistor and a third series circuit consisting of a fifth MOS transistor and a second resistance element are connected between the first potential point and the second potential point. The gates of the first and third MOS transistors are connected in parallel to the connection point of two MOS transistors constituting one of the first and second series circuits, and , each gate of the second and fourth MOS transistors is connected to the gate of the first MOS transistor.
and the second series circuit, and the gate of the fifth MOS transistor is connected to the gate of the first and third MOS transistors or commonly connected to the gates of the second and fourth MOS transistors, and making the conductivity type of the fifth MOS transistor the same as that of the MOS transistors of the first and second series circuits to which the gates are connected;
Further, a monolithic reference voltage source characterized in that a reference voltage output terminal is provided at a connection point between the fifth MOS transistor and the second resistance element. 2 The threshold voltage of the fifth MOS transistor is
MOS of the second series circuit whose gate is connected
A monolithic reference voltage source according to claim 1, characterized in that the voltage is the same as the threshold voltage of the transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2938780A JPS56124923A (en) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Monolithic reference voltage source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2938780A JPS56124923A (en) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Monolithic reference voltage source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56124923A JPS56124923A (en) | 1981-09-30 |
| JPH0248926B2 true JPH0248926B2 (en) | 1990-10-26 |
Family
ID=12274720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2938780A Granted JPS56124923A (en) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Monolithic reference voltage source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56124923A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0659826U (en) * | 1993-01-19 | 1994-08-19 | スタンレー電気株式会社 | Lamp house for liquid crystal display |
| JPH07270760A (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Rhythm Watch Co Ltd | Fixed structure of display panel |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50343A (en) * | 1973-05-07 | 1975-01-06 | ||
| JPS5926964B2 (en) * | 1976-04-07 | 1984-07-02 | 横河・ヒユ−レツト・パツカ−ド株式会社 | Reference voltage generator |
-
1980
- 1980-03-07 JP JP2938780A patent/JPS56124923A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0659826U (en) * | 1993-01-19 | 1994-08-19 | スタンレー電気株式会社 | Lamp house for liquid crystal display |
| JPH07270760A (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Rhythm Watch Co Ltd | Fixed structure of display panel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56124923A (en) | 1981-09-30 |
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