JP2008310221A - Current output device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電流出力装置に関し、例えば発光表示パネルの表示素子の定電流駆動のために用いられる電流出力装置に関する。 The present invention relates to a current output device, for example, a current output device used for constant current driving of a display element of a light emitting display panel.
この種の電流出力装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。
An example of this type of current output device is disclosed in
電流出力装置の出力端子の電圧は、電源電圧に比例して広い範囲で変動する。このため、高耐圧の電流出力装置は、出力端子電圧における誤差を生じやすい。これは、定電流を出力する素子や、その駆動回路には、高い耐圧が要求され、高耐圧の素子は、ドレイン・ソース電流Idsが少なく、同じ素子サイズが同じであれば、低耐圧素子に比べて、ゲート電圧を高く設定する必要があり、そのため飽和領域の定電流特性が悪化するためである。 The voltage at the output terminal of the current output device varies in a wide range in proportion to the power supply voltage. For this reason, the high withstand voltage current output device tends to cause an error in the output terminal voltage. This is because a high breakdown voltage is required for an element that outputs a constant current and a drive circuit thereof, and a high breakdown voltage element is a low breakdown voltage element if the drain-source current Ids is small and the same element size is the same. This is because it is necessary to set the gate voltage higher than that, so that the constant current characteristics in the saturation region deteriorate.
本発明は、上記の課題を解決することを目的とするものである。 The present invention aims to solve the above problems.
本発明は、
ソース端子がグランドに接続され、定電流を流す第1のNMOSトランジスタと、
前記第1のNMOSトランジスタのドレイン端子にソース端子が接続され、ドレイン端子が出力端子に接続された第2のNMOSトランジスタと、
前記第2のNMOSトランジスタのゲート端子にオン/オフ制御信号を与える回路とを備え、
前記第2のNMOSトランジスタのゲート電圧により、前記第1のNMOSトランジスタのドレイン電圧を出力端子よりも低くなるようにした
ことを特徴とする電流出力装置を提供する。
The present invention
A first NMOS transistor having a source terminal connected to the ground and passing a constant current;
A second NMOS transistor having a source terminal connected to the drain terminal of the first NMOS transistor and a drain terminal connected to the output terminal;
A circuit for providing an on / off control signal to the gate terminal of the second NMOS transistor,
A current output device is provided in which the drain voltage of the first NMOS transistor is made lower than the output terminal by the gate voltage of the second NMOS transistor.
本発明によれば、出力端子電圧における誤差を小さくすることができ、また、定電流を出力する素子や、その駆動回路が、高い耐圧を有する。 According to the present invention, an error in the output terminal voltage can be reduced, and an element that outputs a constant current and its drive circuit have a high breakdown voltage.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の電流出力装置を示す回路図である。図2は、図1の電流出力装置の出力特性を示す。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a current output device according to
図1に示される電流出力装置は、スイッチ端子SWを介して入力された電流のオン/オフ信号を入力とするバッファ11と、バッファ11の出力端子にドレイン端子が接続され、ソース端子及びゲート端子が低電圧電源VDDに接続されたpチャンネルMOSトランジスタ(以下「PMOSトランジスタ」或いは単に「PMOS」と言う)5と、バッファ11の出力端子にドレイン端子が接続され、ソース端子及びゲート端子が接地電位ノード即ちグランドVSSに接続されたnチャンネルMOSトランジスタ(以下「NMOSトランジスタ」或いは単に「NMOS」と言う)4と、電圧設定端子VELに入力される電流決定用電圧を反転入力端子で受ける差動増幅回路12と、グランドVSSにソース端子が接続されたNMOS1と、高電圧電源VDDHとNMOS1のドレイン端子の間に接続された抵抗14と、グランドVSSにソース端子が接続されたNMOS2と、NMOS2のドレイン端子にソース端子が接続され、出力端子IOUTにドレイン端子が接続されたNMOS3と、NMOS3のゲート端子とバッファ11の出力端子の間に接続された保護抵抗13とを有する。
The current output device shown in FIG. 1 has a
上記の回路においては、PMOS5とNMOS4は、低電圧電源VDDとグランドVSSの間に直列接続されており、ゲート端子がそれぞれ低電圧電源VDD、グランドVSSに接続されているので、常時オンの状態に維持され、分圧回路を構成している。
抵抗14とNMOS1は、高電圧電源VDDHとグランドVSSの間に直列接続されている。
NMOS3とNMOS2は、出力端子IOUTとグランドVSSの間に直列接続されて、定電流を出力する回路を構成している。NMOS3は、スイッチ動作を行うものであり、電流能力が比較的大きい素子が用いられるのに対し、NMOS2は、定電流動作を行うため、電流能力が比較的小さく、飽和特性が良い素子が用いられる。NMOS3のドレイン電圧の変動範囲が広く、NMOS2のドレイン電圧の変動範囲が狭い。
In the above circuit, the
The
The
NMOS2とNMOS1はゲート端子が互いに接続されており、カレントミラー回路を構成している。
差動増幅回路12、NMOS1、及び抵抗14によって、差動増幅回路12の出力端子に基準電圧VG1を供給する基準電圧回路が構成されている。
バッファ11の入力端子に接続されたスイッチ端子SWには、低電圧のロジック回路が接続され、該ロジック回路から制御信号が供給される。
バッファ11及び保護抵抗13によってNMOS3のゲート端子にオン/オフ制御信号を供給し、出力電流をオン/オフする電流スイッチ回路が構成されている。
一方、保護抵抗13、NMOS4、PMOS5によって過電圧保護回路が構成される。
NMOS 2 and NMOS 1 have their gate terminals connected to each other to form a current mirror circuit.
The
A low voltage logic circuit is connected to the switch terminal SW connected to the input terminal of the
The
On the other hand, an overvoltage protection circuit is configured by the
高電圧電源VDDHには例えば20Vの高耐圧の正電源が入力される。グランドVSSには負電源(0V)が入力される。低電圧電源VDDは、例えば2.5Vの電圧を供給するものである。 For example, a high-voltage positive power supply of 20V is input to the high-voltage power supply VDDH. A negative power supply (0 V) is input to the ground VSS. The low voltage power supply VDD supplies, for example, a voltage of 2.5V.
差動増幅回路12の非反転入力端子には、NMOS1のドレイン端子の電圧が入力され、差動増幅回路12の出力端子は、基準電圧VG1として、NMOS1ゲート端子に接続され、これにより帰還回路が構成されている。この結果、NMOS1、抵抗14には流れる電流Irefは、設定電圧VELによって制御され、その値は、
VDDH−VEL=Iref×REL …(1)
を満たすものとなる。上記の式(1)で、RELは抵抗14の抵抗値である。上記の式(1)を満たす電流Irefが基準電流として用いられる。
The voltage at the drain terminal of the
VDDH−VEL = Iref × REL (1)
It will satisfy. In the above formula (1), REL is the resistance value of the
スイッチ端子SWが「H」のとき、バッファ11の出力も「H」=VDDとなり、出力端子Iout)が負荷LDを介して電源VDDHに接続されていれば、NMOS3がオンとなり、NMOS2、NMOS3に電流が流れる。NMOS2のゲート端子には、差動増幅回路12から出力されるゲート電圧VG1が基準電圧として供給されており、NMOS2に流れる電流もIrefと同じ値のものとなる。
When the switch terminal SW is “H”, the output of the
ここで低電圧電源をVDD、NMOS3の増幅率をβ、NMOS3のソース・ゲート電圧をVgs、NMOS3のスレッショルド電圧をVthとすると、電流IrefとNMOS3のソース・ゲート電圧Vgsの関係は、簡易的に以下の式で表される。
Iref=(β/2)×(Vgs−Vth)2 …(2)
Here, when the low voltage power supply is VDD, the amplification factor of NMOS3 is β, the source / gate voltage of NMOS3 is Vgs, and the threshold voltage of NMOS3 is Vth, the relationship between the current Iref and the source / gate voltage Vgs of NMOS3 is simply It is expressed by the following formula.
Iref = (β / 2) × (Vgs−Vth) 2 (2)
NMOS2のドレイン端子の電圧Vdは、
Vd=VDD−Vgs …(3)
で与えられる。上記の式が成り立つのは、バッファ11の出力(VDDレベル)が保護抵抗13を経て、NMOS3のゲート端子に印加されるからである。
従って、NMOS2のドレイン端子にかかる電圧Vdは、出力端子IOUTの電圧よりも低く、低電圧であり、略一定となり、電流の変動を抑えることができる。即ち、NMOS2のVds−Ids特性には傾きがあり、Vdsの変化に伴いソース・ドレイン電流Idsも変化するが、Vdsを小さくすることで、電流の変動の幅も小さくなる。このことにより、実施の形態1は、定電流特性を改善することができる。
The voltage Vd at the drain terminal of the
Vd = VDD−Vgs (3)
Given in. The above equation holds because the output (VDD level) of the
Therefore, the voltage Vd applied to the drain terminal of the
例えば、VDD=2.5V、VDDH=20Vの場合、NMOS3のドレイン端子の電圧(出力端子IOUTの電圧)は、20Vから2.5−(Vth+ΔOv)の範囲で変動する。ここで、ΔOvは出力電流に応じたドライブ電圧(オーバドライブ電圧)である。
NMOS2のドレイン端子の電圧Vdは、NMOS3のソース端子の電圧と同じであり、
Vd=2.5−(Vth+ΔOv) …(4)
となる。
NMOS2とNMOS3は直列接続されているので、NMOS3のソース・ドレイン電流は、NMOS2のソース・ドレイン電流に等しく、NMOS2のソース・ドレイン電圧変動を押さえ込むことで、定電流特性が改善される。
For example, when VDD = 2.5V and VDDH = 20V, the voltage at the drain terminal of the NMOS 3 (the voltage at the output terminal IOUT) varies in the range of 20V to 2.5− (Vth + ΔOv). Here, ΔOv is a drive voltage (overdrive voltage) corresponding to the output current.
The voltage Vd at the drain terminal of the
Vd = 2.5− (Vth + ΔOv) (4)
It becomes.
Since the
NMOS3のゲート電圧VG2は、出力端子IOUTの電圧の変動によりVDDを超える場合がある。しかしながら、NMOS3のゲート端子とバッファ11の出力端子の間には、保護抵抗13が挿入され、さらにバッファ11の出力端子は、PMOS5、NMOS4で構成された分圧回路により低電圧に維持される。従って、バッファ11の入力端子に接続された低電圧のロジック回路に高電圧が伝わることがなく、該ロジック回路が高電圧から保護される。
The gate voltage VG2 of the
実施の形態1の電流出力装置では、NMOS2のドレイン端子の電圧Vdの変動を抑えるので、定電流特性を改善することができる。また、実施の形態1は、NMOS2のドレイン端子Vdの電圧およびNMOS2を駆動する差動増幅回路12の電圧を低電圧に制限することができるので、素子の耐圧を低くすることができ、レイアウト面積を縮小することができる。
In the current output device according to the first embodiment, since the fluctuation of the voltage Vd at the drain terminal of the
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2の電流出力装置を示す。図4は、図3の電流出力装置の出力特性を示す。
FIG. 3 shows a current output apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the output characteristics of the current output device of FIG.
図3に示される電流出力装置は、概して図1に示される電流出力装置と同じであるが、NMOS1のソース端子とグランドVSSの間にNMOS6が挿入され、NMOS2のソース端子とグランドVSSの間にNNMOS7が挿入されている。即ち、NMOS6は、そのソース端子がグランドVSSに接続され、ドレイン端子及びゲート端子がNMOS1のソース端子に接続されている。NMOS7は、そのソース端子がグランドVSSに接続され、ドレイン端子がNMOS2のソース端子に接続され、ゲート端子がNMOS6のドレイン端子に接続されており、高インピーダンス動作をする。
The current output device shown in FIG. 3 is generally the same as the current output device shown in FIG. 1 except that an
NMOS6とNMOS7とはソース端子がともにグランドVSSに接続され、ゲート端子が互いに接続されて、カレントミラー回路を構成している。
NMOS1とNMOS2も、ゲート端子が互いに接続されてカレントミラー回路を構成している。
直列接続されたNMOS7、NMOS2、及びNMOS3によって定電流を出力する回路が構成されている。
The source terminals of the
A circuit that outputs a constant current is configured by the
抵抗14、NMOS1,NMOS6に流れる電流Irefは、
VEL=Iref×REL …(5)
を満たす値を有するものである。上記の式(5)で、RELは抵抗14の抵抗値である。上記の式(5)を満たす電流Irefにより、NMOS6のゲート電圧VG3は電流Irefに相当する値となり、このゲート電圧VG3がNMOS7にゲート端子にも印加される。
The current Iref flowing through the
VEL = Iref × REL (5)
It has the value which satisfy | fills. In the above equation (5), REL is the resistance value of the
また、差動増幅回路12から出力されるゲート電圧VG1がNMOS2に供給され、NMOS2に流れる電流もIrefと同じ値のものとなる。
NMOS7は、定電流lrefを流すような、高インピーダンス動作をする。NMOS2の定電流は、そのソース端子に接続されているNMOS7により負帰還がかかり、Irefの電流に収束する。
Further, the gate voltage VG1 output from the
The
実施の形態2でも実施の形態1と同様、NMOS2のドレイン端子の電圧Vdは、ほぼ一定となる。このことにより、実施の形態2でも、定電流特性を改善することができる(図4)。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the voltage Vd at the drain terminal of the
実施の形態2で、NMOS1、NMOS2、NMOS6、NMOS7で構成され定電流回路は、実施の形態1に比べるとNMOS2のドレイン端子の電圧Vdの影響を受けにくい。一方で、実施の形態2で、NMOS2のドレイン端子の電圧Vdは、NMOS3のオーバードライブ電圧だけ変動する。NMOS3の駆動能力を絞った場合でも、実施の形態2の出力電流は、オーバードライブ電圧に相当する誤差(変動)を減少させることができる。
In the second embodiment, the constant current circuit composed of NMOS1, NMOS2, NMOS6, and NMOS7 is less affected by the voltage Vd at the drain terminal of the NMOS2 than in the first embodiment. On the other hand, in the second embodiment, the voltage Vd at the drain terminal of the
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3の電流出力装置を示す。図5に示される電流出力装置は、図1に示されるものと概して同じであるが、図1のPMOS5、NMOS4及び保護抵抗13が省略されており、バッファ11の出力が直接NMOS3のゲート端子に接続され、バッファ11の出力でNMOSをオン/オフ制御する。
FIG. 5 shows a current output apparatus according to
バッファ11としては高耐圧素子で構成された高耐圧バッファが用いられている。高耐圧バッファ11は、低電圧電源VDDに接続されている。
As the
NMOS3に接続されたノードVG2には、NMOS3の影響で高電圧がかかる場合がある。その場合、高耐圧バッファ11の出力端子には、その寄生ダイオードを経由して低電圧電源VDDに電流が流れ、電流経路が保護回路として作用する。この作用により高耐圧バッファ11の入力端子に接続されたスイッチ端子SWに、高電圧ノイズが回り込むことはなく、従って低電圧のロジック回路が保護される。
A high voltage may be applied to the node VG2 connected to the
実施の形態3でも、NMOS2のドレイン端子にかかる電圧Vdは、低電圧で、電流の変動を抑えることができる。
Also in the third embodiment, the voltage Vd applied to the drain terminal of the
実施の形態3では、バッファ11として高耐圧バッフアを使用することで保護素子を省略することができる。このためレイアウト面積を縮小することができる。
In the third embodiment, the protection element can be omitted by using a high voltage buffer as the
1、2、3、4 NMOS、 5 PMOS、 11 バッファ、 12 差動増幅回路、 13 保護抵抗、 14 抵抗、 IOUT 出力端子、 SW スイッチ端子、 VEL 設定電圧。
1, 2, 3, 4 NMOS, 5 PMOS, 11 buffer, 12 differential amplifier circuit, 13 protection resistor, 14 resistor, IOUT output terminal, SW switch terminal, VEL setting voltage.
Claims (4)
前記第1のNMOSトランジスタのドレイン端子にソース端子が接続され、ドレイン端子が出力端子に接続された第2のNMOSトランジスタと、
前記第2のNMOSトランジスタのゲート端子にオン/オフ制御信号を与える回路とを備え、
前記第2のNMOSトランジスタのゲート電圧により、前記第1のNMOSトランジスタのドレイン電圧を出力端子よりも低くなるようにした
ことを特徴とする電流出力装置。 A first NMOS transistor having a source terminal connected to the ground and passing a constant current;
A second NMOS transistor having a source terminal connected to the drain terminal of the first NMOS transistor and a drain terminal connected to the output terminal;
A circuit for providing an on / off control signal to the gate terminal of the second NMOS transistor,
The current output device, wherein the drain voltage of the first NMOS transistor is made lower than the output terminal by the gate voltage of the second NMOS transistor.
前記第1のNMOSトランジスタは、前記基準電圧回路の出力をそのゲート端子に受けて、上記定電流を流す動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の電流出力装置。 A reference voltage circuit for setting the output current value is further provided.
2. The current output device according to claim 1, wherein the first NMOS transistor performs an operation of receiving the output of the reference voltage circuit at a gate terminal thereof and causing the constant current to flow. 3.
前記オン/オフ制御信号が、前記出力端子の電圧および前記高電圧電源の電圧よりも低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の電流出力装置。 A circuit connected to a high voltage power supply for determining a reference voltage and supplying the reference voltage to the gate terminal of the first NMOS transistor;
The current output device according to claim 1, wherein the on / off control signal is lower than a voltage of the output terminal and a voltage of the high voltage power supply.
を備えた請求項1乃至3のいずれかに記載の電流出力装置。 A circuit that provides the on / off control signal includes: a buffer connected to a low-voltage power supply and a ground; an output terminal of the buffer circuit; and a resistor inserted between a gate terminal of the second NMOS transistor; 4. A first PMOS transistor connected between an output terminal of a buffer and the constant voltage power source, and a third NMOS transistor connected between the output terminal of the buffer and the ground. The current output device according to any one of the above.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2007
- 2007-06-18 JP JP2007159929A patent/JP2008310221A/en active Pending
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