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公開番号2025162720
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024066102
出願日2024-04-16
発明の名称CTAT電流生成回路及びBGR回路
出願人国立大学法人大阪大学
代理人弁理士法人楓国際特許事務所
主分類G05F 3/30 20060101AFI20251021BHJP(制御;調整)
要約【課題】抵抗の占有面積を削減してコンパクト化を図る。
【解決手段】CTAT電流生成回路11は、カレントミラー回路111と、一方の電流パスに直列接続されたN個(N≧2)のトランジスタMD₁～MD_Nと、他方の電流パスに接続されたトランジスタM₁と、出力ラインに直列接続されたトランジスタM₂および抵抗R₁’とを備え、トランジスタM₁は、ゲートGがトランジスタM₂と抵抗R₁’との接続点に接続され、トランジスタM₂は、ゲートGがカレントミラー回路111とトランジスタM₁との接続点に接続され、トランジスタMD₁のゲートGに、PTAT電流生成回路10からのバンドギャップ電圧に対応する出力電圧V_BE1が印加される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
左右の電流パスを有するカレントミラー回路と、
一方の電流パスに直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）のトランジスタと、
他方の電流パスに接続された第１のトランジスタと、
出力ラインに直列接続された第２のトランジスタおよび抵抗とを備え、
前記Ｎ個のトランジスタのうち前記カレントミラー回路と接続されたトランジスタの制御端に、電圧Ｖ
ＢＥ１
が印加され、
前記第１のトランジスタの制御端と前記第２のトランジスタと前記抵抗との接続点の電位をＶ
ＢＥ１
／Ｎとする、ＣＴＡＴ電流生成回路。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
左右の電流パスを有するカレントミラー回路と、
一方の電流パスに直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）のトランジスタと、
他方の電流パスに接続された第１のトランジスタと、
出力ラインに直列接続された第２のトランジスタおよび抵抗とを備え、
前記第１のトランジスタは、制御端が前記第２のトランジスタと前記抵抗との接続点に接続され、
前記第２のトランジスタは、制御端が前記カレントミラー回路と前記第１のトランジスタとの接続点に接続され、
前記Ｎ個のトランジスタのうち前記カレントミラー回路と接続されたトランジスタの制御端に、ＰＴＡＴ電流生成回路からのバンドギャップ電圧に対応する出力電圧が印加されるＣＴＡＴ電流生成回路。
【請求項３】
前記バンドギャップ電圧は、シリコンのバンドギャップ電圧である請求項１に記載のＣＴＡＴ電流生成回路。
【請求項４】
前記各トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである請求項１に記載のＣＴＡＴ電流生成回路。
【請求項５】
左右の電流パスを有するＰＴＡＴ電流生成回路と、
請求項２～４のいずれかに記載のＣＴＡＴ電流生成回路と、
前記ＰＴＡＴ電流生成回路および前記ＣＴＡＴ電流生成回路の各電流パスに流れる電流をカレントミラー回路を介して出力し、加算する加算回路とを備えたＢＧＲ回路。
【請求項６】
前記加算回路は、加算した出力を電圧に変換して出力する抵抗を備えた請求項５に記載のＢＧＲ回路。
【請求項７】
前記加算回路の出力が０を検知すると、スタートアップ信号を生成して前記ＰＴＡＴ電流生成回路に出力するスタートアップ回路を備えた請求項５に記載のＢＧＲ回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に低消費電力で動作するＣＴＡＴ電流生成回路及びＢＧＲ回路に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）において、参照電圧源回路はアナログ信号処理で必須となる回路ブロックである。一般にＬＳＩは、製造プロセス（Process）、電源電圧（Voltage）、そして動作温度（Temperature）の変化に対して、その出力電圧が変化しないことが求められる。各項目の変化はＰＶＴばらつきと呼び、特に参照電圧源回路には高いＰＶＴばらつき耐性が求められる。
【０００３】
参照電圧源回路として、シリコンのバンドギャップ電圧（1.2V）を参照した電圧を生成するバンドギャップリファレンス（ＢＧＲ：BandGap Reference）回路が知られている。ＢＧＲ回路は，高いＰＶＴばらつき耐性を有し、オンチップ参照電圧源回路として幅広く使用されている。
【０００４】
これまで様々なアーキテクチャのＢＧＲ回路が提案されてきた。その中でも、非特許文献１には、使用する抵抗比に応じて出力電圧を変化させることができる低電圧ＢＧＲ回路が提案されている。また、この低電圧ＢＧＲ回路は、１ボルト以下の低電圧で動作でき、低消費電力かつ参照電圧を任意に設定できる。動作電流の温度依存性を制御できるため、参照電流源としても使用することができ、注目されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
H. Banba et al., “A CMOS bandgap reference circuit with sub-1-V operation,” in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 34, no. 5, pp. 670-674, May 1999, doi: 10.1109/4.760378.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載の低電圧ＢＧＲ回路は、消費電力を削減するために、流れる電流をナノアンペアオーダーに設定すると、使用する抵抗を極めて大きいものにする必要がある。かかる抵抗値の増大は、ＬＳＩチップ上に実装する抵抗の面積の増大を招き、またコストアップにつながる課題がある。
【０００７】
以下、かかる課題に関してより具体的に説明する。まず、低電圧ＢＧＲ回路を説明する上で必要となるバイポーラトランジスタおよびサブスレッショルド領域で動作するＭＯＳＦＥＴのデバイス特性、次いで非特許文献１に記載の低電圧ＢＧＲ回路の動作について図１、図２を参照しつつ説明する。
【０００８】
＜Ａ．１＞デバイス特性の概要
＜Ａ．１．１＞バイポーラトランジスタ特性
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖ
ＢＥ
は、流れる電流をＩ
Ｂ
とするとき、数１で表される。
【０００９】
TIFF
2025162720000002.tif
20
170
【００１０】
ここで、Ｉ
Ｓ
は飽和電流、Ｖ
Ｔ
は熱電圧（Ｖ
Ｔ
＝Ｋ
Ｂ
Ｔ／ｑ）、Ｋ
Ｂ
はボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電気素量である。また、Ｖ
ＢＥ
は、絶対温度に対して負の温度特性を持つため、Ｉ
Ｂ
の温度特性が小さいとき、数２のように近似できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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