JPS6174016A - 基準電圧発生回路 - Google Patents

基準電圧発生回路

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Publication number
JPS6174016A
JPS6174016A JP19472684A JP19472684A JPS6174016A JP S6174016 A JPS6174016 A JP S6174016A JP 19472684 A JP19472684 A JP 19472684A JP 19472684 A JP19472684 A JP 19472684A JP S6174016 A JPS6174016 A JP S6174016A
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JP
Japan
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field effect
reference voltage
gate
effect transistor
channel type
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Pending
Application number
JP19472684A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumiaki Fujii
文明 藤井
Koichi Kodera
浩一 小寺
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS6174016A publication Critical patent/JPS6174016A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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】 [技術分野] この発明は、基準電圧発生技術さらにはMO5型半導体
集積回路装置に適用して特に有効な技術に関するもので
、たとえば、A/D変換器あるいはD/A変換器におけ
る基準電圧源に利用して有効な技術に関するものである
[背景技術] 例えば、A/D変換器あるいはD/A変換器などにおい
ては、その変換動作の基準となる電圧あるいは電流を得
るための基準電圧発生回路が必要である。この基準電圧
発生回路としては、カレントミラー効果を利用したもの
が多く使用されている(例えば昭和54年6月22日に
株式会社コロナ社発行の集積回路工学(2)23頁参照
)。
ところで、この種の基準電圧発生回路では、その発生基
準電圧が能動素子のしきい値に依存する。
従って、能動素子としてMOSFET (絶縁ゲート型
世界効果トランジスタ)を用いる基準電圧発生回路にお
いて、その発生基$電圧の精度を高めるためには、その
MOS電界効果トランジスタのしきい値の精度を高める
必要がある。そこで、その基準電′圧発生回路を有する
半導体集積回路装置を製造する際には、そのMOS電界
効果トランジスタのしきい値を定める種々のパラメータ
、例えばW/L(チャンネル幅/ゲート長)やゲート絶
縁膜の厚みなどを高精度に制御することが行なわれる。
しかしながら、この種の基$電圧発生回路において、一
旦は高精度に設定されたはずの基準電圧が、その後の環
境変化によって変動することがあるということが本発明
者らによって明らかとされた。例えばパッケージ封止前
のウェハ一段階あるいはチップの段階では正確であった
発生基$電圧が、そのパッケージ封止工程を経ることに
よって大きく変動してしまうということが本発明者らに
よって明らかとされた。さらに、その発生基準電圧の変
動がMOS電界効果トランジスタのしきい値変動による
ものであることも本発明者らによって確認された。すな
わち、例えばパッケージ封止工程の際に加えられる4 
50 ’C程度の熱によって一種のアニール効果が生じ
、これによりM OS電界効果トランジスタのしきい値
が微妙に変化して、このしきい値に基づいて発生される
基準電圧を大きく変動させる、ということが本発明者ら
によって明らかとされた。
[発明の目的] この発明の目的は、精度の高い基準電圧を再現性良く得
ることができるようにした基4I雷電圧生技術を提供す
るものである。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては2本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。
[発明の概要コ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、nゲートPチャンネル型Mo5t界効果トラ
ンジスタ、nゲートnチャンネル型絶縁ゲート型電界効
果トランジスタ、Pゲートルチャンネル型絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ、pゲートnチャンネル型絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタの4種類を使用し、この4
種類の絶縁ゲート型電界効果トランジスタをそれぞれp
チャンネル型とnチャンネル型からなる2つの組に分け
て、各組にそれぞれカレントミラー効果による相互帰還
を行なう回路を構成することによって、基準電圧発生回
路を構成する複数のMOS電界効果トランジスタの各し
きい値が、例えばパンケージ封止の際に加えられる熱に
よってそれぞれ変動しても、その変動による発生基準電
圧への影響が互いに打消されるようにして、精度の高い
基準電圧を再現性良く得ることができるようにする、と
いう目的を達成するものである。
[実施例コ 1 以下、この発明の代表的な実施例を図面を参照しながら
説明する9 なお、図面において同一符号は同一あるいは相当部分を
示す。
第1図(a)および(b)はこの発明による基準電圧発
生回路およびその動作原理を示す。
先ず、同図(、)に示す基準電圧発生回路は4− 種類
2組の電界効果トランジスタQnpyQnnとQpp+
 Qpnを用いて構成される。
一方の組の電界効果トランジスタQnp+Qnnは、n
ゲートルチャンネル型MO5電界効果トランジスタQn
pとnゲートnチャンネル型MOS電界効果トランジス
タQ n nの2種類からなる。
ここでnゲートとは、ゲート電極がn型半導体からなる
ものを意味する。上記両トランジスタQnPとQnnは
ドレインを共通に、して互いに直列接続され、Pチャン
ネル型トランジスタQnpのソースが電源Vcldに、
nチャンネル型トランジスタQ n nのソースが負荷
抵抗R1を介して接地電位GNDにそれぞれ接続されて
いる。
他方の組の電界効果トランジスタQpp+Qpnは、P
ゲートルチャンネル型MO3電界効果トランジスタQp
pとpゲートnチャンネル型MOS電界効果トランジス
タQpnの2種類からなる。
ここでpゲートとは、ゲート電極がP型半導体からなる
ものを意味する。上記両トランジスタQpPとQpnは
ドレインを共通にして互いに直列接続され、pチャンネ
ル型トランジスタQppのソースが電源Vddに、nチ
ャンネル型トランジスタQpnのソースが負荷抵抗R2
を介して接地電位GNDにそれぞれ接続されている。
そして、一方の組のpチャンネル型トランジスタQnp
のトレインとゲートが共通接続されて、その共通接続点
が他方の組のpチャンネル型トランジスタQppのゲー
トに接続されている。これとともに、他方の組のnチャ
ンネル型トランジスタQ p nのドレインとゲートが
共通接続されて、その共通接続点が一方の組のnチャン
ネル型トランジスタQ n nのゲートに接続されてい
る。
これにより、一方の組のトランジスタQ n p +Q
 n nと他方の組のトランジスタQpp+Qpnの間
にカレントミラーによる帰還が相互にかけられて、その
片方の組QnpとQnn(あるいはQppとQpn)の
共通ドレイン(ノード)に一定の基準電圧v1が現われ
るようになっている。この基準電圧v1は、前述したよ
うに、各MO5電界効果トランジスタQ n p + 
Q n n + Q p p + Qpnのそれぞれの
しきい値に依存する。
また、第1図(a)において、回路中に挿入された電池
は等価的なものであって、M OS電界効果トランジス
タQnp−Qpp+ Qpn−Qnnの各しきい僅差Δ
Vthp、△Vthnをそれぞれ示す。この場合、一方
のしきい僅差ΔV t h pは、これが大きくなると
、一方の組のPチャンネル型MOS電界効果トランジス
タQnpのソースバイアス電位を接地電位GND側に押
し下げ、これによりそのトランジスタQnpの見かけ上
のしきい値を低下させるように作用する。また、他方の
しきい僅差ΔVthnは、これが大きくなると、他方の
組のnチャンネル型MOS電界効果トランジスタQpn
のソース電位を電源Vdd側に押し上げ、これによりそ
のトランジスタQ p nの見かけ上のしきい値を高め
るように作用する。
第1図(b)は、上述した基準電圧発生回路に使用され
ている各MO3電界効果トランジスタQnp、Qnn+
 Qpp、Qpnのそれぞれのしきい値が、例えばパッ
ケージ封止工程の際に加えられる熱によって変動する状
態をそれぞれ示す。同図において、縦軸はしきい値を、
横軸は熱による変動の進行度をそれぞれ示す。
ここで、個々のしきい値の変化度合は1MO5電界効果
トランジスタの種類によってそれぞれ異なっている。す
なわち、nゲートnチャンネル型MO5電界効果トラン
ジスタQ n nのしきい値変化の度合はPゲートnチ
ャンネル型MOS電界効果トランジスタQnpのそれよ
りも大きい。同様に、nゲートルチャンネル型MO3電
界効果トランジスタQnpのしきい値変化の度合はpゲ
ートPチャンネル型MO3電界効果トランジスタQpp
のそれよりも大きい。つまり、上記熱によるしきい値の
変化は、例えばn導電型多結晶シリコンゲートを用いた
nゲート型MO3ffi界効果トランジスタの方がP導
電型多結晶シリコンゲートを用いたpゲート型MOS電
界効果トランジスタのそれよりも大きいという特性があ
る。
従って、Pゲートnチャンネル型MO3電界効果トラン
ジスタQpnとnゲートnチャンネル型MO5電界効果
トランジスタQnnのしきい僅差ΔV t h nは、
上記熱による変動の進行によって小さくなる方向に変化
する。反対に、pゲートルチャンネル型MO3電界効果
トランジスタQppとnゲートPチャンネル型M OS
電界効果トランジスタQnpのしきい僅差△V t h
 pは5上記熱による変動の進行によって大きくなる方
向に変化する。
以上のように、2つのしきい僅差ΔVthnと△Vth
pは互いに相補的に変化する。従って、第1図(a)に
示した基準電圧発生回路では、上記熱による影響によっ
て一方の組のPチャンネル型トランジスタQnpの見か
け上のしきい値が低下させられると、これにともなって
他方の組のnチャンネル型MOSffi界効果トランジ
スタQpnの見かけ上のしきい値も低下させられるよう
になる。つまり、互いに対称位置にある一方の組のPチ
ャンネル型MO5電界効果トランジスタQnpの等価し
きい値と他方の組のnチャンネル型MOS電界効果トラ
ンジスタQpnの等価しきい値とがそれぞれ同方向に変
化することにより、上記基準電圧■1の変動が打ち消さ
れるようになる。そして、これにより上述した熱による
基$電圧の変動が小さく押さえられて、精度の高い基準
電圧V1を再現性良く得ることができるようになる。
第2図は第1図(a)に示した基準電圧発生回路の別の
実施例を示す。
同図に示す実施例の回路は、上述した実施例に準じて構
成されたものであって、負荷抵抗R1゜R2がMO3電
界効果トランジスタQl、Q2による等価抵抗(R1)
、(R2)に置き換えられるようにされている。また、
片方の等価抵抗(R1)の両端からも一定の基準電圧V
2を取出すようにしている。この電圧v2は、上記基準
電圧V1をMO3電界効果トランジスタQ n nとQ
lによって分圧したのに相当する。
また、第3図は、上述した4種類のMO3電界効果トラ
ンジスタQnp、Qpp、Qpn、Qnnの素子構造の
一例を示す。同図において、Iはn−型シリコン半導体
基板、2はp−型ウェル拡散層をそれぞれ示す。3nは
n+型ソース・ドレイン領域−3pはP+型ソース・ト
レイン領域をそれぞれ示す。4はゲート絶縁膜、nはn
導電型多結晶シリコンゲート、5pはP導電型多結晶シ
リコンゲー1−をそれぞれ示す。また、6は表面絶縁層
、8は電極をそれぞれ示す。そして、S、G。
Dはソース、ゲート、ドレインの各電極をそれぞれ示す
。各トランジスタQnp+ Qpp+ Qpn+Q n
 nは、n−型シリコン半導体基板】上に同時に形成す
ることができる。
[効果コ (1)nゲートPチャンネル型MOS電界効果トランジ
スタ、nゲートnチャンネル型M OS 電界効果トラ
ンジスタ、pゲートル型M OS電界効果トランジスタ
、Pゲートnチャンネル型M OS電界効果トランジス
タの4種類を使用してM OS電界効果1−ランジスタ
のしきい値に基づく一定の基準電圧を発生する回路を構
成するとともに、この4種類のMO5電界効果トランジ
スタをそれぞれPチャンネル型とnチャンネル型からな
る2つの組に分けて、各組にそれぞれカレントミラー効
果 ゛による相互帰還を行なう回路を構成したので、基
準電圧発生回路を構成する複数のMO5m界効果トラン
ジスタの各しきい値が、例えばパッケージ封止の際に加
えられる熱によってそれぞれに変動しても、その変動に
よる発生基5!電圧への影響が互いに打ち消し合うよう
になるという作用により。
精度の高い基準電圧を再現性良く得ることができる、と
いう効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々、変更可
能であることはいうまでもなし)。
[利用分野] 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるMO3型半導体集積
回路装置技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものでなく、例えば、Bi−MO5型半導
体集積回路装置における基$電圧発生回路などにも利用
できる。
一実施例および基本原理を示す回路図。
第2図は、第1図に示した回路をさらに具体化した例を
示す回路図、 第3f←二の発明による基準電圧発生回路において使用
されるM OS 電界効果トランジスタの素子構造の一
例を示す断面図である。
Qnp・・・・nゲートPチャンネル型M OS電界効
果トランジスタ、Q n n・・・・nゲートnチャン
ネル型MO3電界効果トランジスタ、Qpp・・・・p
ゲートPチャンネル型MO5電界効果トランジスタ、Q
pn・・・・Pゲートnチャンネル型MOSff1界効
果トランジスタ、△Vthp。
き′πル 3  図 θp/1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値に基
    づく一定の基準電圧を発生する回路であって、複数の絶
    縁ゲート型電界効果トランジスタを使用するとともに、
    各絶縁ゲート型電界効果トランジスタのそれぞれのしき
    い値の変化によって発生される基準電圧の変動を打消す
    ようにしたことを特徴とする基準電圧発生回路。 2、上記複数の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとし
    て、nゲートpチャンネル型MOS電界効果トランジス
    タ、nゲートnチャンネル型絶縁ゲート型電界効果トラ
    ンジスタ、pゲートpチャンネル型絶縁ゲート型電界効
    果トランジスタ、pゲートnチャンネル型絶縁ゲート型
    電界効果トランジスタの4種類を使用し、この4種類の
    絶縁ゲート型電界効果トランジスタをそれぞれpチャン
    ネル型とnチャンネル型からなる2つの組に分けて、各
    組にそれぞれカレントミラー効果による相互帰還を行な
    う回路を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の基準電圧発生回路。
JP19472684A 1984-09-19 1984-09-19 基準電圧発生回路 Pending JPS6174016A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07160347A (ja) * 1993-12-08 1995-06-23 Nec Corp 基準電流回路および基準電圧回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07160347A (ja) * 1993-12-08 1995-06-23 Nec Corp 基準電流回路および基準電圧回路

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