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公開番号2024125634
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-19
出願番号2023033574
出願日2023-03-06
発明の名称半導体装置およびバンドギャップ参照電圧回路の起動方法
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G05F 3/30 20060101AFI20240911BHJP(制御;調整)
要約【課題】起動時に参照電圧のオーバーシュートを抑制するとともに短時間で起動するバンドギャップ参照電圧回路を提供する。
【解決手段】半導体装置において、参照電圧生成回路101は、第1ノードND1と基準ノードGNDとの間に接続された第1のpn接合素子Q1と、第2ノードND2と基準ノードGNDとの間に直列に接続された抵抗素子R3および第2のpn接合素子Q2と、帰還電圧に応じて第1および第2のpn接合素子Q1,Q2に電流を流す電流源回路CKT1とを含む。差動増幅器102は、第1ノードND1と第2ノードND2との間の差電圧を増幅することにより上記の帰還電圧を生成する。バイアス電流生成回路104は、起動回路103による参照電圧生成回路101の起動時に、参照電圧生成回路101によって生成される参照電圧VBGRの大きさに応じて差動増幅器102に供給するバイアス電流IBIASを変化させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体装置であって、
参照電圧を生成する参照電圧生成回路を備え、
前記参照電圧生成回路は、
第１ノードと基準電位を与える基準ノードとの間に接続された第１のｐｎ接合素子と、
第２ノードと前記基準ノードとの間に直列に接続された抵抗素子および第２のｐｎ接合素子と、
前記第１ノードおよび前記第２ノードをそれぞれ介して前記第１のｐｎ接合素子および前記第２のｐｎ接合素子に、帰還電圧に応じた大きさの電流を流す電流源回路とを含み、
前記参照電圧生成回路は、前記第１のｐｎ接合素子に流れる電流に基づいて前記参照電圧を生成し、
前記半導体装置は、さらに、
前記第１ノードの電圧と前記第２ノードの電圧との差電圧を増幅することにより前記帰還電圧を生成する差動増幅器と、
前記参照電圧生成回路の起動時に前記第１のｐｎ接合素子および前記第２のｐｎ接合素子の少なくとも一方に起動電流を流すための起動回路と、
前記差動増幅器に可変のバイアス電流を供給することにより、前記差動増幅器のスルーレートを調整可能なバイアス電流生成回路とを備え、
前記バイアス電流生成回路は、前記参照電圧生成回路の起動時に、前記参照電圧の大きさに応じて前記バイアス電流を変化させる、半導体装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記バイアス電流生成回路は、前記参照電圧生成回路の起動時に前記参照電圧が増加するにつれて前記バイアス電流を減少させることにより、前記差動増幅器のスルーレートを小さくする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バイアス電流生成回路は、前記参照電圧の増加量に対する前記バイアス電流の減少量の比率を調整可能に構成される、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バイアス電流生成回路は、
前記参照電圧を制御端子に受けることにより、前記参照電圧に応じた電流を流す電圧制御トランジスタと、
前記電圧制御トランジスタに流れる電流を、可変個数の電流に複製する第１のカレントミラー回路と、
前記可変個数の電流が合流することにより合流電流が生成される合流ノードと、
前記バイアス電流生成回路の外部から入力された参照電流の経路が第１電流経路と第２電流経路とに分岐する分岐ノードと、
前記合流電流を複製して前記第１電流経路に流す第２のカレントミラー回路とを含み、
前記バイアス電流生成回路は、前記第２電流経路に流れる電流を前記バイアス電流として前記可変増幅器に供給する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記参照電圧生成回路の前記電流源回路は、
前記第１ノードを介して前記第１のｐｎ接合素子に電流を流す第１の電流源トランジスタと、
前記第２ノードを介して前記第２のｐｎ接合素子に電流を流す第２の電流源トランジスタとを含み、
前記差動増幅器は、前記第１の電流源トランジスタおよび前記第２の電流源トランジスタの各々の制御端子に前記帰還電圧を出力し、
前記起動回路は、前記参照電圧生成回路の起動時に、前記第１の電流源トランジスタおよび前記第２の電流源トランジスタの各々の制御端子の電圧を変化させることにより、前記第１のｐｎ接合素子および前記第２のｐｎ接合素子に前記起動電流を流す、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
バンドギャップ参照電圧回路の起動方法であって、
前記バンドギャップ参照電圧回路は、
第１ノードと基準電位を与える基準ノードとの間に接続された第１のｐｎ接合素子と、
第２ノードと前記基準ノードとの間に直列に接続された第１の抵抗素子および第２のｐｎ接合素子と、
前記第１ノードおよび前記第２ノードをそれぞれ介して前記第１のｐｎ接合素子および前記第２のｐｎ接合素子に、帰還電圧に応じた大きさの電流を流す電流源回路と、
前記第１ノードの電圧と前記第２ノードの電圧との差電圧を増幅することにより前記帰還電圧を生成する差動増幅器とを含み、
前記差動増幅器のスルーレートは、前記差動増幅器に供給されるバイアス電流の大きさに応じて変化し、
前記起動方法は、
初期値の前記バイアス電流を前記差動増幅器に供給するステップと、
前記第１のｐｎ接合素子および前記第２のｐｎ接合素子に起動電流を流すステップと、
前記バンドギャップ参照電圧回路よって生成される参照電圧が増加するにつれて、前記バイアス電流を前記初期値から減少させるステップとを備える、バンドギャップ参照電圧回路の起動方法。
【請求項７】
前記起動電流を流す前に、前記参照電圧の増加量に対する前記バイアス電流の減少量の比率を予め調整するステップをさらに備える、請求項６に記載のバンドギャップ参照電圧回路の起動方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関し、さらにバンドギャップ参照電圧回路の起動方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
温度依存性が非常に小さい参照電圧回路として、バンドギャップ参照電圧回路が知られている。バンドギャップ参照電圧回路は、接合面積が異なる第１および第２のｐｎ接合素子と抵抗素子とを用いて温度に依存しない参照電圧を生成する回路である。
【０００３】
特許第７１０３８４８号公報（特許文献１）に開示されたバンドギャップ参照電圧回路は、さらに、第１のｐｎ接合素子の電圧と第２のｐｎ接合素子および抵抗素子の直列接続体の電圧との差電圧を増幅する差動増幅器と、起動時に第１および第２のｐｎ接合素子に起動電流を流す起動回路とを備える。差動増幅器の出力電圧は、第１および第２のｐｎ接合素子に電流を流す電流源トランジスタのゲート電圧として用いられる。
【０００４】
特に、特許第７１０３８４８号公報（特許文献１）の場合には、起動時のオーバーシュートの発生を抑制するために、起動回路は、第１のｐｎ接合素子および第２のｐｎ接合素子の各々に予め定めた電流比で起動電流を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７１０３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許第７１０３８４８号公報（特許文献１）のように差動増幅器を備えた構成のバンドギャップ参照電圧回路では、差動増幅器のスルーレート（ＳＲ：Slew Rate）が大きすぎる場合に問題が生じることがある。この場合、差動増幅器の入力電圧の変化に対する差動増幅器の出力電圧の変化が急峻になるので、差動増幅器の応答性によってはバンドギャップ参照電圧回路から出力される参照電圧にオーバーシュートが発生することがある。一方、起動時のオーバーシュートを抑制するために差動増幅器のスルーレートを制限すると、バンドギャップ参照電圧回路の起動時間が長くなってしまう。
【０００７】
本開示は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的の一つは、起動時に参照電圧のオーバーシュートを抑制するとともに短時間で起動するバンドギャップ参照電圧回路を備えた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態の半導体装置は、参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、差動増幅器と、起動回路と、バイアス電流生成回路とを備える。参照電圧生成回路は、第１ノードと基準電位を与える基準ノードとの間に接続された第１のｐｎ接合素子と、第２ノードと基準ノードとの間に直列に接続された抵抗素子および第２のｐｎ接合素子と、第１ノードおよび第２ノードをそれぞれ介して第１のｐｎ接合素子および第２のｐｎ接合素子に、帰還電圧に応じた大きさの電流を流す電流源回路とを含む。差動増幅器は、第１ノードの電圧と第２ノードの電圧との差電圧を増幅することにより上記の帰還電圧を生成する。起動回路は、参照電圧生成回路の起動時に第１のｐｎ接合素子および２のｐｎ接合素子の少なくとも一方に起動電流を流すために設けられる。バイアス電流生成回路は、差動増幅器に可変のバイアス電流を供給することにより、差動増幅器のスルーレートを調整可能である。バイアス電流生成回路は、参照電圧生成回路の起動時に、参照電圧の大きさに応じて上記のバイアス電流を変化させる。
【発明の効果】
【０００９】
上記の実施形態によれば、参照電圧生成回路の起動時に、参照電圧の大きさに応じて差動増幅器のバイアス電流を変化させることによって、起動時に参照電圧のオーバーシュートを抑制するとともに短時間で起動するバンドギャップ参照電圧回路を備えた半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１の半導体装置としてのバンドギャップ参照電圧回路の概略構成を示すブロック図である。
図１の参照電圧生成回路の構成例を示す回路図である。
図１の差動増幅器の構成例を示す回路図である。
図１の起動回路の構成例を示す回路図である。
図１のバイアス電流生成回路の構成例を示す回路図である。
図１のバンドギャップ参照電圧回路の起動時の動作例を示すタイミング図である。
比較例のバンドギャップ参照電圧回路の概略構成を示すブロック図である。
図７のバンドギャップ参照電圧回路の起動時の動作例を示すタイミング図である。
バンドギャップ参照電圧回路を備えた半導体装置の構成例を示すブロック図である。
実施の形態２の半導体装置としてのバンドギャップ参照電圧回路の概略構成を示すブロック図である。
図１０のバイアス電流生成回路の構成例を示す回路図である。
図１０のバンドギャップ参照電圧回路の起動手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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