专利名称：电流控制电路、半导体器件以及摄像器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流控制电路、半导体器件以及使用该电流控制电路和半导体器件的摄像器件，更具体地，本发明涉及对作为致动器所使用的电动机进行适当地控制，该致动器用于控制进行变焦、聚焦、光圈控制等的摄像器件的镜头。
背景技术：
为了获得用于控制摄像器件的镜头的电动机所使用的线圈的相位信息，使用霍尔元件。通过调整流经霍尔元件的电流强度来调整霍尔元件的灵敏度，该霍尔元件的灵敏度决定霍尔元件根据霍尔元件所受的磁场变化所检测的电压的大小。但是，霍尔元件的特性极大地取决于每个产品。而且霍尔元件的特性还随着气温等外部环境而变化。所以，为了使霍尔元件特性保持恒定，必须在每次接通电源时，对流经霍尔元件的电流强度进行调整。
对现有技术的流经霍尔元件的电流强度的调整方法进行说明。在现有技术中，如下调整电流强度。如图1所示，将作为使来自摄像器件的CPU的预定强度的电流流经霍尔元件6的控制信号的数字信号输入给DAC(数字/模拟转换器)7。由DAC 7将该数字控制信号转换为模拟控制信号。从DAC 7的输出的模拟控制信号被作为阻抗元件的电阻R1和R2分压并输入给运算放大器4，由于运算放大器4的输出是作为电流控制元件的NMOS(N型MOS晶体管)5的栅极电压，所以通过来自摄像器件的CPU的数字控制信号对NMOS 5的栅极电压进行调整，从而可对流经霍尔元件6的电流强度进行调整。
在NMOS 5在饱和区域中工作的情况下，以下等式成立。
Vg＝Vgs+R3Ω×Ids…(式1)
其中将NMOS 5的栅极电压设为Vg，将NMOS 5的栅极和源极间的电压设为Vgs，将流经NMOS 5的漏极和源极间的电流设为Ids，将电阻R3的电阻值设为R3Ω。
由于在饱和区域中，晶体管的基本运算方程式为Ids＝K(Vgs-Vt)2…(式2)(K常数)，所以，从式1、式2可以得到以下等式。
Vg＝Vgs+R3Ω×K(Vgs-Vt)2…(式3)由于Vg、R3Ω、Vt均为常数，所以可以算出Vgs。此处，在式1中，R3Ω×Ids是点A的电位VA。所以根据由NMOS 5的栅极电压所决定的点A的电位VA和电阻R3，可以决定霍尔元件6的电流强度。
接着，对电阻R3连接到NMOS 5的源极侧的必要性进行叙述。如上所述，作为负载的霍尔元件6的电流强度由点A的电位VA和电阻R3的电阻值R3Ω来决定。如果将点A的电流值设为I，则等式I＝(VA/R3Ω)成立。由于霍尔元件具有陡峭的特性，所以可用微小的电流步幅进行控制。因此，电阻R3是为了调整流经霍尔元件的电流强度所必需的。电阻R3必须具有某种程度的大的电阻值。
接着，叙述对来自摄像器件的CPU的数字信号进行分压的必要性。在图中所示的情况下，利用电阻R1和电阻R2进行分压。为了使DAC 7高精度地线性工作，优选DAC 7的电源电压8(AVDD)较高，因为不会产生错码(miscode)。但是，由于霍尔元件6的灵敏度高并且具有陡峭的特性，所以要用微小的电流步幅进行控制。当电阻R3的电阻值为R3Ω并且点A的电流值为I时，等式I＝(VA/R3Ω)成立。因此，为了用微小的电流步幅进行控制，必须对DAC 7的输出电压的步幅进行分压，并将电平移位到适合控制霍尔元件6的电压，所以，对DAC 7的输出电压进行分压。
接着，对电阻R3所产生的问题以及由电阻R1和电阻R2进行分压所产生的问题进行叙述。当流经霍尔元件6的电流强度大时，由流经电阻R3的电流所产生的电压使点A的电位VA上升，NMOS 5的漏极和源极间的电压(Vds)减小。由于从NMOS 5的漏极侧的电压经由电阻R3到接地的电位连接着霍尔元件6，因此该电位只能低于电源电压8，此处，为了说明简单起见，假定从NMOS 5的漏极侧经由电阻R3到接地的电位必须固定为电源电压8的1/2，即为1/2 AVDD。如图2所示，当电阻R3所产生的电压VR增大时，NMOS 5在饱和区域中工作所需的Vds减小。因此，必须在饱和状态下工作的NMOS在非饱和状态下工作。所以只能利用DAC 7的输出电压的输出范围的一部分，作为调整流经霍尔元件6的电流强度用的点A的电位VA的可变幅度。即，为了调整流经霍尔元件6的电流强度，电阻R3是必须的，即，必须将电阻R3连接到NMOS 5的源极侧(参照第3页第3行到第5页第5行)，但是，在产生电流时NMOS 5的Vds减小。因此，不能扩大决定霍尔元件的电流强度的电压VA的可变幅度(以上为问题a)。
当由电阻R1和R2进行分压时，如图2中所示，产生以下现象。在图2中，(1)是图1的以往的电流控制电路的缩小图；(2)是表示DAC 7的输出电压中可以使用的电压的输出范围的曲线图；(3)是表示输入给运算放大器4的输入电压和运算放大器4的偏移之间的关系的曲线图；(4)是表示从电源电压8(AVDD)到接地(GND)之间所产生的电压的曲线图。当将DAC 7的输出电压输入到运算放大器4时被电阻R1和R2分压。但是，由于运算放大器4的偏移电压(图2中的曲线图(3)所示的放大器偏移)未被减小，所以运算放大器4的偏移电压不能忽略。而且，DAC 7的输出电压的步幅大致为((AVDD-DAC 7的偏移电压)/来自摄像器件的CPU的数字信号数)。
在降低电功率时，必须用小电源电压对来自摄像器件的CPU的强度操作电平数进行DA转换(数字/模拟转换)。所以使DAC的输出电压的步幅也变小。因此，DAC 7的输出由于错码而失去线性。另外，当由电阻进行分压时，产生电阻引起的偏差。所以，不能将来自摄像器件的CPU的数字信号正确地施加给NMOS 5的栅极电压(以上为问题b)。
发明内容
本发明就是鉴于上述实际情况，为了消除上述问题a、b而提出的。本发明的第一目的是提供一种电流控制电路，该电流控制电路用正确且微小的步幅对提供给诸如霍尔元件等负载的电流强度进行调整；不产生与霍尔元件相连接的电流控制元件的偏置电压的减小；并且，不必进行分压以获得使诸如NMOS等的电流控制元件工作的控制电压。本发明的第二目的是提供一种使用上述电流控制电路的半导体器件。本发明的第三目的是提供一种安装有上述半导体器件的摄像器件。
为了达到本发明的第一目的，根据本发明的第一方面，提供一种电流控制电路，包括第一电流控制元件，其控制提供给负载的电流；第二电流控制元件，其控制端子与上述第一电流控制元件的控制端子相连；阻抗元件，其连接在电源和上述第二电流控制元件的电源侧的端子之间；以及运算放大器，其具有第一输入端子、第二输入端子以及输出，上述第一输入端子连接在上述第二电流控制元件的电源侧的端子和上述阻抗元件之间，上述第二输入端子被输入用于调整提供给上述负载的电流强度的控制信号，上述输出连接在上述第一电流控制元件和上述第二电流控制元件的共同连接点上。
而且，为了达到本发明的第一目的，根据本发明的第二方面，提供一种电流控制电路，包括第一电流控制元件，其控制提供给负载的电流；第二电流控制元件，其控制端子与上述第一电流控制元件的控制端子相连；以及运算放大器，其具有同相输入端子、输出端子以及反相输入端子，上述同相输入端子与上述第二电流控制元件的一个电极相连，上述输出端子与上述第一电流控制元件和第二电流控制元件的各自的控制端子相连，上述反相输入端子连接控制信号，其中，利用控制信号调整提供给上述负载的电流强度。
为了达到本发明的第一目的，根据本发明的第三方面，提供一种电流控制电路，包括第一串联连接体，其具有负载和第一电流控制元件；第二串联连接体，其具有阻抗元件和第二电流控制元件，该第二串联连接体与上述第一串联连接体并联连接；以及运算放大器，其具有同相输入端子、反相输入端子以及输出端，上述同相输入端子与上述第二串联连接体的上述阻抗元件和上述第二电流控制元件的连接点相连，上述反相输入端子与控制信号的输出端相连，上述输出端与上述第一电流控制元件和上述第二控制元件的各自的控制端子的共同连接点相连。
在根据本发明的第一到第三方面的任意一项的电流控制电路中，根据本发明的第四方面，上述电流控制元件是NMOS。
在根据本发明的第一方面的电流控制电路中，根据本发明的第五方面，上述各第一电流控制元件和第二电流控制元件是NMOS，上述各第一电流控制元件和第二电流控制元件的控制端子是NMOS的栅极，上述第二电流控制元件的电源侧的端子是NMOS的漏极；上述阻抗元件是电阻，上述第一电流控制元件具有连接到上述负载的NMOS的漏极。
在根据本发明的第一到第五方面的任意一项的电流控制电路中，根据本发明的第六方面，上述负载是霍尔元件。
在根据本发明的第一到第六方面的任意一项的电流控制电路中，根据本发明的第七方面，将来自DAC的输出电压输入到上述运算放大器的反相输入端子。
为了达到本发明的第二目的，根据本发明的第八方面，提供一种半导体器件，其包括根据本发明的第一到第七方面的任意一项的电流控制电路。
为了达到本发明的第三目的，根据本发明的第九方面，提供一种摄像器件，其包括根据本发明的第八方面的半导体器件；和与上述半导体器件连接的霍尔元件。
可以实现如下的低电压工作不必对来自摄像器件的CPU的输出信号进行分压，即使在降低电功率时也能正确控制流经霍尔元件的电流强度，并且连接在霍尔元件上的电源电压不必比现有技术的电源电压大。
图1是现有技术的电流控制电路；图2中的(1)是图1的现有技术的电流控制电路的缩小图；(2)是表示DAC 7的输出电压中可以使用的电压的输出范围的曲线图；(3)是表示输入给运算放大器4的输入电压和运算放大器4的偏移之间的关系的曲线图；(4)是表示在电源电压8(AVDD)到接地(GND)之间所产生的电压的曲线图；。
图3是本发明的电流控制电路；图4中的(1)是图3所示的本发明的电流控制电路的缩小图；(2)是表示DAC 7的输出电压中可以使用的电压的输出范围的曲线图；(3)是表示从电源电压AVDD到接地GND的串联连接体所产生的电压的曲线图；(4)是从电源电压AVDD经由负载到接地GND之间所产生的电压的曲线图；图5是本发明的摄像器件。
符号说明R11电阻；12、13NOMS；14运算放大器；15DAC(数字/模拟转换器)；16、H1、H2、H3霍尔元件；17电源电压(AVDD)。
具体实施例方式
本发明如图3所示，DAC 15的输出被输入到运算放大器14的反相输入端子，由因从电源电压17流经电阻R11的电流而降低的电压所决定的点B的电位，被输入到运算放大器14的同相输入端子。因此，利用输入到运算放大器14的两端子的输入信号对运算放大器14的输出电压进行控制。运算放大器14的输出电压与NMOS(N型MOS晶体管)12的栅极相连接。流经电阻R11的电流强度由运算放大器14的输出电压、即NMOS12的栅极电压所决定。运算放大器14的同相输入端子的电位由电源电压(AVDD)17、流经电阻R11的电流所产生的电压(VR2)、以及NMOS 12的漏极和源极间的电位所决定。由于NMOS 13和NMOS 12的栅极是共用的，所以，流经霍尔元件16的电流强度由DAC 15的输出电压、即来自摄像器件的CPU的数字信号所决定。
例如，当用于使霍尔元件16的电流强度减少的数字信号从摄像器件的CPU经由DAC 15输入到运算放大器14的反相输入端子时，与后述的从摄像器件的CPU发送用于使霍尔元件16的电流强度增大的数字信号的情况相比，运算放大器14的输出电压低，NMOS 12和NMOS 13的栅极电压增加的幅度小。所以，与后述的从摄像器件的CPU发送用于使霍尔元件16的电流强度增大的数字信号的情况相比，流经霍尔元件16的电流强度小。另外，此时流经电阻R11的电流变小，由电阻R11产生的电压(VR2)与来自摄像器件的CPU的信号输入变化之前相比变小。向运算放大器14的同相输入端子输入(AVDD17-VR2-Vds)的电压。因此，对运算放大器14进行反馈控制并使其稳定地工作。为了使霍尔元件16的电流强度增大，将大电压的数字信号从摄像器件的CPU经由DAC 15输入到运算放大器14的反相输入端子。随后，运算放大器14的输出电压大幅度增加。或者，与上述的输入用于使霍尔元件16的电流强度减小的数字信号的情况相比，从运算放大器14输出大电压，并且NMOS 12和NMOS 13的栅极电压增加。所以，与上述的从摄像器件的CPU发送用于使霍尔元件16的电流强度减小的数字信号的情况相比，流经霍尔元件16的电流大。另外，此时流经电阻R11的电流也增大，由电阻R11产生的电压(VR2)增大。向运算放大器14的同相输入端子输入(AVDD17-VR2-Vds)的电压，对运算放大器14进行反馈控制并使其稳定地工作。
接着，将本发明的电流控制电路与现有技术的电流控制电路进行比较，并叙述怎样解决上述问题“a”、“b”。
在图3所示的本发明的电流控制电路中，通过把图1所示的现有技术的电流控制电路的用于调整霍尔元件6的电流强度的电阻R3，作为电阻R11设置在NMOS 12的漏极侧(解决问题“a”的方法1)。即使大电流流经电阻R11并且在电阻R11上产生大电压时，在设置了作为负载的霍尔元件16的串联连接体中，如图4中的曲线图(3)所示，与作为现有技术的电流控制电路的电压特性的图2的曲线图(3)相比，不产生使与霍尔元件相连接的NMOS的漏极与源极间的电压Vds减小的电压(相当于图2的曲线图(4)所示的VR)。因此，可以扩展如图4的曲线图(4)所示的余量(margin)(效果1)。其中，图4中的(1)是图3所示的本发明的电流控制电路的缩小图，(2)是表示DAC 7的输出电压中可以使用的电压的输出范围的曲线图，(3)是表示从电源电压AVDD到接地GND的串联连接体所产生的电压的曲线图，(4)是从电源电压AVDD经由负载到接地(GND)之间所产生的电压的曲线图。另外，由用于调整图2的霍尔元件6的电流强度的电阻R3所产生的电压VR相当于用于调整本发明的图4的曲线图(3)的霍尔元件16的电流强度的电阻R11所产生的电压VR2。
另外，在图1所示的现有技术的电流控制电路中，由于与霍尔元件6相连接，使调整流经霍尔元件6的电流强度用的电阻R3中产生电压的NMOS 5的漏极侧的电位，只能低于NMOS 13的漏极侧上的电源电压17。在图3所示的本发明的电流控制电路中，在其栅极电压与连接到作为负载的霍尔元件16的NMOS 13的栅极电压相同、并构成电流镜像结构的NMOS12的漏极侧上，另外设置了不必固定为低于电源电压的新的电源电压(AVDD)17(解决问题“a”的方法2)。由此，用于调整电流的NMOS 12的栅极和源极间的电压Vds(参照图4的曲线图(3))可以得到比图2的曲线图(4)所示的现有技术的的电流控制电路的NMOS 5的Vds大的电压。所以，与图1所示的现有技术的电流调整用的NMOS 5相比，图3所示的本发明的电流调整用的NMOS 12在非饱和区域中工作之前其具有大的可变幅度VA2。即，可以用低电压设计与霍尔元件相连接的电源电压(效果2)。
在本发明的电流控制电路中，根据上述两个效果1和2，与图2中所示的电流控制电路相比，如图4所示，可以扩大作为用于调整霍尔元件的电流的控制电压的点A2的电位VA2的可变幅度进行利用。另外，在图3所示的本发明的电流控制电路中，由于在包含了作为负载的霍尔元件16的串联连接体中，Vds没有减小，因此，如图4的曲线图(3)的余量部分所示，即使电源电压(AVDD)17被设定为低电压也能工作，所以可实现低电压工作。
另外，在图3所示的本发明的电流控制电路中，不对来自DAC 15的输出电压进行分压(解决问题“b”的方法2)。所以如图4的曲线图(2)所示，几乎可以使用DAC 15的输出范围的整个范围并将其输入给运算放大器14。由此，可以将来自摄像器件的CPU的数字信号正确地转换为电压并输入给运算放大器14(根据现有技术的情况有可能产生错码)。结果，可以在大保证范围内正确地控制NMOS 13的栅极电压(效果3)。即，可以增大图3所示的点A2的电位VA2的可变范围。因此，可以扩大正确地调整流经霍尔元件16的电流强度的保证范围。该效果在降低电功率时效果尤其显著。
另外，本发明的电流控制电路的NMOS 13和NMOS 12的栅极面积比为5∶1，但不限于此，可以根据流经霍尔元件16的电流强度等适当地改变NMOS 13和NMOS 12的栅极面积比。
将本发明的电流控制电路单独封装或者与具备其他功能的电路一起封装，成为半导体器件。
图5示出了使用封装本发明的电流控制电路的半导体器件的摄像器件。在图5中，摄像器件100包括变焦镜头101、聚焦镜头102、光圈103、CCD104、ADC105、图像处理部106、显示部108、存储部110、霍尔元件H1、H2、H3以及其他未图示的部件。外部存储介质112用于扩展存储部110的存储区域。
在图5中，被摄体经过变焦镜头101、聚焦镜头102、光圈103，由CCD104和ADC105转换为数字数据。由此转换的数字数据由图像处理部106加工之后，由显示部108进行显示。存储部110或者外部存储介质112存储由图像处理部106加工后的图像。具备本发明的电流控制电路的半导体器件设置在镜头驱动器部上，从霍尔元件H1、H2、H3分别发出表示变焦镜头101、聚焦镜头102、光圈103的状态的信号。当镜头驱动器接收这些信号时，对变焦镜头101、聚焦镜头102、光圈103进行控制。
在本摄像器件中，可以降低霍尔元件使用的电源电压。所以可以降低功耗。
本发明不限于上述实施方式，在权利要求所述的各项范围内进行的所有的技术变更均包括在本发明范围中。例如，也可以将MOS型晶体管置换为双极晶体管。输入到运算放大器的输入信号不必限定为作为DAC的输出的控制电压，负载不限定为霍尔元件。也可以采用以下结构将运算放大器的反相输入端子和同相输入端子彼此反转，并将其输出与反相器连接。当然，使用本发明的半导体器件的不限于应用于摄像器件，还可以应用于通过电控制进行工作的视频摄像器件、汽车等。
权利要求
1.一种电流控制电路，包括第一电流控制元件，其控制提供给负载的电流；第二电流控制元件，其控制端子与上述第一电流控制元件的控制端子相连；阻抗元件，其连接在电源和上述第二电流控制元件的电源侧的端子之间；以及运算放大器，其具有第一输入端子、第二输入端子以及输出，上述第一输入端子连接在上述第二电流控制元件的电源侧的端子和上述阻抗元件之间，向上述第二输入端子输入用于调整提供给上述负载的电流强度的控制信号，上述输出连接在上述第一电流控制元件和上述第二电流控制元件的共同连接点上。
2.一种电流控制电路，包括第一电流控制元件，其控制提供给负载的电流；第二电流控制元件，其控制端子与上述第一电流控制元件的控制端子相连；以及运算放大器，其具有同相输入端子、输出端子以及反相输入端子，上述同相输入端子与上述第二电流控制元件的一个电极相连，上述输出端子与上述第一电流控制元件和第二电流控制元件的各自的控制端子相连，上述反相输入端子连接控制信号，其中，利用上述控制信号调整提供给上述负载的电流强度。
3.一种电流控制电路，包括第一串联连接体，其具有负载和第一电流控制元件；第二串联连接体，其具有阻抗元件和第二电流控制元件，该第二串联连接体与上述第一串联连接体并联连接，以及运算放大器，其具有同相输入端子、反相输入端子以及输出端，上述同相输入端子与上述第二串联连接体的上述阻抗元件和上述第二电流控制元件的连接点相连，上述反相输入端子与上述控制信号的输出端相连，上述输出端与上述第一电流控制元件和上述第二控制元件的各自的控制端子的共同连接点相连。
4.权利要求1～3的任意一项所述的电流控制电路，其特征在于，上述电流控制元件是NMOS。
5.权利要求1所述的电流控制电路，其特征在于，上述各第一电流控制元件和第二电流控制元件是NMOS，上述各第一电流控制元件和第二电流控制元件的控制端子是NMOS的栅极，上述第二电流控制元件的电源侧的端子是NMOS的漏极，上述阻抗元件是电阻，并且上述第一电流控制元件具有连接到上述负载的NMOS的漏极。
6.权利要求1～3的任意一项所述的电流控制电路，其特征在于，上述负载是霍尔元件。
7.权利要求1～3的任意一项所述的电流控制电路，其特征在于，将来自DAC的输出电压输入到上述运算放大器的反相输入端子。
8.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1～3中的任意一项所述的电流控制电路。
9.一种摄像器件，其特征在于，包括权利要求8所述的半导体器件；和与上述半导体器件连接的霍尔元件。
全文摘要
本发明提供一种电流控制电路、半导体器件以及摄像器件，该电流控制电路包括第一NMOS，其用于控制提供给连接到漏极的负载的电流；第二NMOS，其栅极连接到上述第一NMOS的栅极；电阻，其连接在上述第二NMOS的漏极和电源之间；以及运算放大器，该运算放大器的第一输入端子连接在上述第二NMOS的漏极和上述电阻之间，该运算放大器的第二输入端子被输入用于调整提供给负载的电流强度的控制信号，该运算放大器的输出连接到上述第一NMOS和上述第二NMOS的栅极的公共连接点上。
文档编号H01L21/70GK1592078SQ20041005729
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月28日
发明者宫村真, 竹正公则 申请人:罗姆股份有限公司