JPH10107212A - Mosトランジスタを使用した抵抗器及びこれを用いた電子回路 - Google Patents

Mosトランジスタを使用した抵抗器及びこれを用いた電子回路

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JPH10107212A
JPH10107212A JP8261905A JP26190596A JPH10107212A JP H10107212 A JPH10107212 A JP H10107212A JP 8261905 A JP8261905 A JP 8261905A JP 26190596 A JP26190596 A JP 26190596A JP H10107212 A JPH10107212 A JP H10107212A
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JP
Japan
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mos transistor
transistor
resistor
mos
terminal
Prior art date
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Pending
Application number
JP8261905A
Other languages
English (en)
Inventor
聡 ▲吉▼田
Satoshi Yoshida
Takashi Taya
隆士 太矢
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MOSトランジスタを使用した線形性の良い
抵抗器の提供する。 【解決手段】 ダイオード接続された第1のMOSトラ
ンジスタと、第1のMOSトランジスタに対して並列に
接続された第2のMOSトランジスタとを備え、第1の
MOSトランジスタ及び第2のMOSトランジスタを、
それぞれの電圧−電流特性の非線形性を打ち消し合うよ
うに接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMOSアナログ
回路のフィルタ回路などに用いられるMOSトランジス
タを使用した抵抗器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の抵抗器としては、図4の
(a),(b) に示すものがあり、これは、CMOS LSI
の中で抵抗器が必要になったときに使用されるもので、
MOSトランジスタを使用したACTIV RESIS
TORで構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
MOSトランジスタを使用した抵抗器では、その電圧−
電流特性は、MOSトランジスタの静特性のため、図4
の(c) に示すように2次曲線となってしまい、線形性が
悪いという問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係るMOSトラ
ンジスタを使用した抵抗器は、ダイオード接続された第
1のMOSトランジスタと、第1のMOSトランジスタ
に対して並列に接続された第2のMOSトランジスタと
を備え、第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSト
ランジスタを、それぞれの電圧−電流特性の非線形性を
打ち消し合うように接続したものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図1は本発明の一実施の形態に係るMO
Sトランジスタを使用した抵抗器の構成を示す構成図で
ある。図において、1,2はNMOSトランジスタであ
り、端子VD はNMOSトランジスタ1のドレイン端子
に接続されると共にNMOSトランジスタ2のドレイン
端子及びゲート端子に接続され、端子VG はNMOSト
ランジスタ1のゲート端子に接続され、端子VS はNM
OSトランジスタ1のソース端子に接続されると共にN
MOSトランジスタ2のソース端子に接続されている。
【0006】次に、この実施の形態の動作について説明
する。まず、MOSトランジスタの電圧−電流特性の一
般式は下式で示される。
【0007】 Ids=k(Vg −Vs −Vt )2 (飽和領域) Ids=k(Vg −Vs −Vt )2 +k(Vg −Vd −V
t )2 (非飽和領域) k=1/2・const ・W/L ここで、Idsはドレイン−ソース間電流、Vg はゲート
電圧、Vs はソース電圧、Vt はトランジスタのしきい
値電圧、Vd はドレイン電圧、const は定数、Wはトラ
ンジスタのゲート幅、Lはトランジスタのゲート長であ
る。
【0008】そして、上記の一般式を用いて図1に示す
NMOSトランジスタ1及びNMOSトランジスタ2に
流れる電流を求めると、NMOSトランジスタ1は非飽
和領域で動作するので、流れる電流I1 は、下式で示さ
れる。 I1 =k(VG −VS −Vt )2 +k(VG −VD −V
t )2 ここで、VG 、VS はそれぞれ、端子VG 、端子VS の
電圧である。
【0009】また、NMOSトランジスタ2はダイオー
ド接続されているため飽和領域で動作し、また、Vg =
Vd なので、流れる電流I2 は、下式で示される。 I2 =k(VD −VS −Vt )2 ここで、VD は、端子VD の電圧である。
【0010】そして、I1 をVD で微分すると、下式の
ようになる。 dI1 /dVD =2k(VG −VD −Vt ) また、I2 をVd で微分すると、下式のようになる。 dI2 /dVD =2k(VD −VS −Vt )
【0011】したがって、トータル電流ID は、ID =
I1 +I2 より、下式に示すようになり、VG 、VS を
固定バイアスとすれば、トータル電流ID はVD の変化
に影響を受けないものとなる。 dID /dVD =2k(VG −VS −2Vt )
【0012】したがって、図1に示すようなNMOSト
ランジスタ1,2による回路を、純抵抗とみなせる。そ
して、VG 、VS 及びW/Lの値を設定することによ
り、任意の抵抗値を設定することができる。
【0013】この実施の形態では、ダイオード接続され
たMOSトランジスタと並列にMOSトランジスタを接
続し、お互いに電圧・電流特性の非線形性を打ち消し合
うように接続した構成としたので、MOSトランジスタ
を用いて線形な抵抗器を作成することが可能となる。さ
らに、CMOS LSIの中でのNMOSトランジスタ
同士の相対精度は高いのでプロセス変動による影響を小
さくすることが可能となる。
【0014】実施の形態2.図2は本発明の他の実施の
形態に係るMOSトランジスタを使用した抵抗器の構成
を示す構成図である。図において、3はPMOSトラン
ジスタ、4はNMOSトランジスタであり、端子VD は
PMOSトランジスタ3のソース端子に接続されると共
にNMOSトランジスタ4のドレイン端子に接続され、
端子VG はNMOSトランジスタ4のゲート端子に接続
され、端子VS はPMOSトランジスタ3のドレイン端
子及びゲート端子に接続されると共にNMOSトランジ
スタ4のソース端子に接続されている。
【0015】次に、この実施の形態の動作について説明
する。まず、MOSトランジスタの電圧−電流特性の一
般式は下式で示され、この一般式はNMOSトランジス
タもPMOSトランジスタも同様に適用される。
【0016】 Ids=k(Vg −Vs −Vt )2 (飽和領域) Ids=k(Vg −Vs −Vt )2 +k(Vg −Vd −V
t )2 (非飽和領域) k=1/2・const ・W/L ここで、Idsはドレイン−ソース間電流、Vg はゲート
電圧、Vs はソース電圧、Vt はトランジスタのしきい
値電圧、Vd はドレイン電圧、const は定数、Wはトラ
ンジスタのゲート幅、Lはトランジスタのゲート長であ
る。
【0017】そして、上記の一般式を用いて図2に示す
PMOSトランジスタ3及びNMOSトランジスタ4に
流れる電流を求めると、PMOSトランジスタ3はダイ
オード接続されているため飽和領域で動作し、また、P
MOSトランジスタ3においてVg =Vd なので、流れ
る電流I3 は、下式で示される。 I3 =kp (VS −VD −Vtp)2 ここで、VS 、VD はそれぞれ、端子VS 、端子VD の
電圧、VtpはPMOSトランジスタのしきい値電圧であ
る。
【0018】また、トランジスタ4は非飽和領域で動作
するので、流れる電流I4 は、下式で示される。 I4 =kn (VG −VS −Vtn)2 +kn (VG −VD
−Vtn)2 ここで、VG は端子VG の電圧、VtnはNMOSトラン
ジスタのしきい値電圧である。
【0019】そして、I3 をVD で微分すると、下式の
ようになる。 dI3 /dVD =−2kp (VS −VD −Vtp) また、I4 をVD で微分すると、下式のようになる。 dI4 /dVD =2kn (VG −VD −Vtn)
【0020】したがって、トータル電流ID は、ID =
I3 +I4 より、下式に示すようになる。 dID /dVD =2kn (VG −VD −Vtn)−2kp
(VS −VD −Vtp) そして、VG 、VS を固定バイアス、kn とkp をほぼ
等しいものとし、kn=kp =kとすれば、トータル電
流ID は、下式に示すようになり、トータル電流ID は
Vd の変化に影響を受けないものとなる。 dID /dVD =2k(VG −VS +Vtp−Vtn)
【0021】したがって、図2に示すようなNMOSト
ランジスタ3、PMOSトランジスタ4による回路を、
純抵抗とみなせる。そして、VG 、VS 及びW/Lの値
を設定することにより、任意の抵抗値を設定することが
でき、さらに、Vtp−Vtnの項は、NMOSトランジス
タ及びPMOSトランジスタのしきい値の値がほぼ等し
ければ近似的に0とみなせ、プロセス変動によるしきい
値のばらつきの影響も小さくなる。
【0022】この実施の形態では、ダイオード接続され
たPMOSトランジスタと並列にNMOSトランジスタ
を接続し、お互いに電圧・電流特性の非線形性を打ち消
し合うに接続した構成としたので、MOSトランジスタ
を用いて線形な抵抗器の作成することが可能となる。さ
らに、NMOS及びPMOSのしきい値の変動の影響も
小さくすることが可能となる。
【0023】実施の形態3.図3は本発明の一実施の形
態に係る積分回路を説明するための説明図である。図3
はPLL回路内の積分回路を示しており、積分回路は実
施の形態1の抵抗器が用いられている。図において、1
0は位相比較器、11はチャージポンプ、12は積分回
路であり、NMOSトランジスタ1,2及びコンデンサ
13から構成されている。14はNMOSトランジスタ
1のゲート端子にバイアスをかけるバイアス回路、15
は電圧制御発振回路である。
【0024】また、入力クロックは位相比較器10の一
方の入力端子に接続され、位相比較器の一方の出力端子
はチヤージポンプ11の一方の入力端子に接続され、位
相比較器10の他方の出力端子はチヤージポンプ11の
他方の入力端子に接続されている。
【0025】また、チヤージポンプ11の出力端子はN
MOSトランジスタ1のドレイン端子に接続されると共
にNMOSトランジスタ2のドレイン端子及びゲート端
子に接続され、NMOSトランジスタ1のソース端子は
NMOSトランジスタ2のソース端子に接続されると共
にコンデンサCの一方の端子に接続され、同時に電圧制
御発振回路15の入力端子に接続されている。
【0026】また、NMOSトランジスタ1のゲート端
子はバイアス回路14に接続され、コンデンサCの他方
の端子は接地され、電圧制御発振回路15の出力端子は
位相比較器10の他方の入力端子に接続されている。
【0027】次に、この実施の形態の動作について説明
する。まず入力クロックは位相比較器10によって電圧
制御発振回路15の出力クロックと位相比較され、位相
比較器10はその位相差をチャージポンプ11に出力す
る。
【0028】そして、チヤージポンプ11は位相比較器
10からの位相差情報から、入力クロックの位相が電圧
制御発振回路15の出力の位相より進んでいると通知を
受けた場合はその位相差に相当する時間、後段の積分回
路12のコンデンサ13を充電する方向に働きかける。
また、入力クロックの位相が電圧制御発振回路15の出
力の位相より遅れていると通知を受けた場合はその位相
差に相当する時間、後段の積分回路12のコンデンサ1
3から電流を放電する方向に働きかける。
【0029】そして、積分回路12はチャージポンプか
らの出力を積分し直流電圧を生成する。そして、電圧制
御発振回路15は積分回路12からの直流電位が高くな
ると発振周波数を上昇させ、直流電位が低くなると発振
周波数を下げる。そして、電圧制御発振回路15の出力
は再度位相比較器10に入力され再び入力クロックと位
相比較される。以上の動作を定常的に繰り返すことによ
り、電圧制御発振回路15の出力は入力クロックに同期
する。
【0030】この実施の形態では、PLL回路内の積分
回路の抵抗器をMOSトランジスタを用いたACTIV
RESISTORにて構成しているので、積分回路の
小型化を図ることが可能となる。
【0031】なお、実施の形態1では、NMOSトラン
ジスタを2つ用いた抵抗器の例を示したが、PMOSト
ランジスタを2つ用いてもよい。また、実施の形態2で
は、NMO2トランジスタと並列に、ダイオード接続さ
れたPMOSトランジスタの例を示したがNMOSとP
MOSを入れ替えてもよい。
【0032】また、実施の形態3では、NMOSトラン
ジスタのゲート端子をバイアスする目的でバイアス回路
を1つ用いているが、1つのバイアス回路で複数のゲー
ト端子をバイアスする構成にしてもよい。また、実施の
形態3では、PLL回路に実施の形態1の抵抗器を適用
した例を示したが、実施の形態2の抵抗器を適用しても
よい。
【0033】さらに、実施の形態1、2の抵抗器を、P
LL回路だけでなく、例えば、ADコンバータ、DAコ
ンバータ、バイアス生成回路、演算増幅回路、電圧電流
変換回路及び電流電圧変換回路等の様々なCMOSアナ
ログ回路の抵抗素子として適用してもよい。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ダイオー
ド接続された第1のMOSトランジスタと並列に第2の
MOSトランジスタを接続し、それぞれの電圧−電流特
性の非線形性を打ち消し合うようにしたので、MOSト
ランジスタを用いて線形な抵抗器を作成することがで
き、さらに、CMOS LSIの中でのMOSトランジ
スタの相対精度は高いのでプロセス変動による影響を小
さくすることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るMOSトランジス
タを使用した抵抗器の構成を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施の形態に係るMOSトランジ
スタを使用した抵抗器の構成を示す構成図である。
【図3】本発明の一実施の形態に係る積分回路を説明す
るための説明図である。
【図4】従来のMOSトランジスタを使用した抵抗器を
説明するための説明図である。
【符号の説明】
1、2、4 NMOSトランジスタ 3 PMOSトランジスタ 10 位相比較器 11 チャージポンプ 12 積分回路 13 コンデンサ 14 バイアス回路 15 電圧制御発振回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H03L 7/093

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイオード接続された第1のMOSトラ
    ンジスタと、 前記第1のMOSトランジスタに対して並列に接続され
    た第2のMOSトランジスタとを備え、 前記第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSトラン
    ジスタを、それぞれの電圧−電流特性の非線形性を打ち
    消し合うように接続したことを特徴とするMOSトラン
    ジスタを使用した抵抗器。
  2. 【請求項2】 ダイオード接続された第1のMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタのドレイン側にドレインが接続
    され、前記MOSトランジスタのソース側にソースが接
    続された第2のMOSトランジスタとを備えたことを特
    徴とするMOSトランジスタを使用した抵抗器。
  3. 【請求項3】 前記第1のMOSトランジスタ及び第2
    のMOSトランジスタは、それぞれ、NMOSトランジ
    スタ及びNMOSトランジスタであることを特徴とする
    請求項1又は2記載のMOSトランジスタを使用した抵
    抗器。
  4. 【請求項4】 前記第1のMOSトランジスタ及び第2
    のMOSトランジスタは、それぞれPMOSトランジス
    タ及びPMOSトランジスタであることを特徴とする請
    求項1又は2記載のMOSトランジスタを使用した抵抗
    器。
  5. 【請求項5】 ダイオード接続された第1のMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタのドレイン側にソースが接続さ
    れ、前記MOSトランジスタのソース側にドレインが接
    続された第2のMOSトランジスタとを備えたことを特
    徴とするMOSトランジスタを使用した抵抗器。
  6. 【請求項6】 前記第1のMOSトランジスタ及び第2
    のMOSトランジスタは、それぞれ、PMOSトランジ
    スタ及びNMOSトランジスタであることを特徴とする
    請求項1又は5記載のMOSトランジスタを使用した抵
    抗器。
  7. 【請求項7】 前記第1のMOSトランジスタ及び第2
    のMOSトランジスタは、それぞれ、NMOSトランジ
    スタ及びPMOSトランジスタであることを特徴とする
    請求項1又は5記載のMOSトランジスタを使用した抵
    抗器。
  8. 【請求項8】 請求項1、2、3、4、5、6又は7記
    載のMOSトランジスタを使用した抵抗器と、 前記抵抗器に接続されたコンデンサとを備えたことを特
    徴とする積分回路。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の積分回路を用いたPLL
    回路。
  10. 【請求項10】 請求項1、2、3、4、5、6又は7
    記載のMOSトランジスタを使用した抵抗器を用いたC
    MOSアナログ回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182447A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Fujitsu Microelectronics Ltd 位相ロックループ回路及び遅延ロックループ回路
JP2012034212A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Fujitsu Semiconductor Ltd 位相ロックループ回路

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JP2009182447A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Fujitsu Microelectronics Ltd 位相ロックループ回路及び遅延ロックループ回路
US8264259B2 (en) 2008-01-29 2012-09-11 Fujitsu Semiconductor Limited Phase-locked loop circuit and delay-locked loop circuit
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