参考电压稳定化电路及包括该参考电压稳定化电路的集成电路的制作方法

本公开涉及一种使参考电压稳定的电路，尤其涉及适于ad(模拟/数字)转换器的参考电压稳定化电路。

背景技术

ad转换器广泛地应用于各种信号处理领域，其转换精度是重要的性能指标。一般而言，ad转换器通过将输入信号与参考电压进行比较来进行ad转换。因此，对于要保持高转换精度的方面来说极其重要的是，使参考电压精度良好地保持恒定值。虽然ad转换精度是根据应用程序(application)而有所不同的，但在大多数情况下，因mv级的噪声叠加在参考电压上导致ad转换精度降低。由此，使参考电压稳定以免参考电压由于扰动噪声、ad转换器本身所发出的自身噪声等而进行波动，显得尤为重要。

作为参考电压稳定化电路，已知有如下所述的结构，即：在供给参考电压的布线之间设置晶体管，向该晶体管的栅极施加一定的偏置电压，并且使该栅极与其中一根布线电容耦合(例如，专利文献1的图1)。在该电路结构下，在参考电压稳定的稳定状态下，晶体管中有一定的电流(下面，适当地称为“工作电流”)流动。在电流急剧地从ad转换器等负载电路流出，从而参考电压发生了急速下降时，晶体管的栅极电压也会随之下降。因此，工作电流就减少，向负载电路供给的电流就增加。由此，参考电压就会急速地恢复。

然而，参考电压稳定化电路内的工作电流可能会产生由pvt偏差(由制造工序、电源电压、温度引发的偏差)引发的偏差。因此，在参考电压稳定化电路内的电压降的量会产生偏差，因而参考电压的值会产生偏差。

为了应对该问题，专利文献1的图8中公开了一种如下所述的参考电压稳定化电路，该参考电压稳定化电路能够在存在扰动噪声等情况下稳定地维持参考电压，并且该参考电压稳定化电路应对pvt偏差。在该结构下，将从参考电压稳定化电路输出的参考电压反馈给稳压器，在参考电压已下降时，稳压器使供向参考电压稳定化电路的电流增加。

专利文献1：国际公开第2012/157155号

技术实现要素：

-发明所要解决的技术问题-

然而，在专利文献1的图8的构成方式下，虽然能够使从参考电压稳定化电路输出的参考电压稳定，但是不能抑制参考电压稳定化电路内的工作电流的偏差。例如，由于pvt偏差导致了工作电流增大时，参考电压稳定化电路内的电压降的量就增加，参考电压下降。此时，根据受到参考电压的反馈的稳压器的动作，向参考电压稳定化电路供给的电流增加，由此参考电压就上升。但是，在该情况下，工作电流保持较大的状态，而未受到抑制。

在此，产生如下的问题，即：若工作电流大，则电路的功耗就会增加。另一方面，若工作电流减小，则在参考电压已下降时能够向负载电路供给的电流量减少，因此，参考电压的恢复较慢，从而参考电压的稳定化能力就下降。也就是说，优选为，无论pvt偏差如何，参考电压稳定化电路内的工作电流都是稳定的。

本公开的目的在于，在参考电压稳定化电路中，能够做到：抑制参考电压的偏差，并且还抑制工作电流的偏差。

-用于解决技术问题的技术方案-

在本公开的一方式中，参考电压稳定化电路包括：输出参考电压的第一输出节点及第二输出节点；分别与所述第一输出节点及所述第二输出节点连接且从输入侧被施加输入电压的第一布线及第二布线，所述输入电压成为所述参考电压的基础；连接在所述第一布线与所述第二布线之间的第一晶体管；连接在所述第一布线与所述第一晶体管的栅极之间的电容器；设置在所述第一布线与所述第二布线之间的复制电路，所述复制电路具有串联连接的电阻和第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的栅极连接；以及第一输入连接在所述电阻与所述第二晶体管之间的第一节点上且用第二输入来接受基准电压的差动放大器，所述差动放大器的输出连接在所述第二晶体管的栅极上。

根据本方式，在与输出参考电压的第一输出节点及第二输出节点分别连接的第一布线及第二布线之间，连接有第一晶体管。第一晶体管的栅极与第一布线电容耦合。在第一布线与第二布线之间设置有复制电路，其具有串联连接的电阻及第二晶体管。第一晶体管及第二晶体管的栅极互相连接。差动放大器接受复制电路的电阻与第二晶体管之间的第一节点的电压和基准电压，将输出施加至第二晶体管的栅极。例如由pvt偏差引发了第一晶体管的工作电流增加时，根据参考电压的下降，第一节点的电压就下降，差动放大器使输出也就是第二晶体管的栅极电压下降。伴随与此，第一晶体管的栅极电压也下降，其工作电流减少。另一方面，第一晶体管的工作电流减少时，根据参考电压的上升，第一节点的电压会上升，差动放大器使输出也就是第二晶体管的栅极电压上升。伴随与此，第一晶体管的栅极电压电上升，其工作电流增加。通过这样的动作，抑制第一晶体管的工作电流的偏差。由此，能够抑制功耗增加，并且能够抑制参考电压的稳定化能力下降。

-发明的效果-

根据本公开，在参考电压稳定化电路中，能够抑制参考电压的偏差，并且还能够抑制工作电流的偏差，因此能够抑制集成电路的功耗增加，并且能够可靠地使已下降的参考电压恢复。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构图。

图2(a)、(b)示出电阻的结构例。

图3示出电压生成电路的结构例。

图4是示出参考电压稳定化电路的基本动作的时序图。

图5示出设置了多个后级电路的结构例。

图6(a)、(b)示出前级电路的其它结构例。

图7示出第一实施方式中的参考电压稳定化电路的其它结构例。

图8示出第二实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构图。

图9示出第三实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构图。

图10示出第三实施方式中的参考电压稳定化电路的其它结构例。

具体实施方式

下面，根据附图，对实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1示出第一实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构。参考电压稳定化电路10从输出节点ot1输出参考电压vref_out。参考电压vref_out被供向作为负载电路之一例的ad转换器100。ad转换器100例如是逐次比较型ad转换器。参考电压稳定化电路10和ad转换器100都封装在集成电路300中。参考电压稳定化电路10从输入侧用布线l1、l2接受例如从外部电源200经由i/o引线p1、p2供给过来的电压vref、vss作为输入电压，上述输入电压成为参考电压vref_out的基础。布线l1、l2分别与输出节点ot1、ot2连接。参考电压稳定化电路10构成为，从输出节点ot1、ot2输出对于ad转换器100中的负载变动而言是稳定的参考电压vref_out。

在i/o引线p1、p2上设置有设置在外部的旁路电容器202，其用于去除叠加在从外部电源200供给过来的电压vref、vss上的噪声。204表示集成电路300的封装(package)的寄生电感。需要说明的是，参考电压稳定化电路10优选在集成电路300中靠近i/o配置，也就是说，优选配置在i/o引线p1、p2的附近，以便能够供给稳定的参考电压vref_out。此外，还可以取代外部电源200而从内置在集成电路300中的稳压电路将电压vref、vss施加给参考电压稳定化电路10。

参考电压稳定化电路10包括前级电路1和后级电路2。前级电路1包括连接在布线l1、l2之间的电容元件111。前级电路1具有去除叠加在参考电压vref_out上的噪声的功能。

后级电路2包括：连接在布线l1与布线l2之间的晶体管m1；和连接在布线l1与晶体管m1的栅极之间的电容器21。在此，晶体管m1是n型mos晶体管。晶体管m1的栅极与布线l1电容耦合，因此，晶体管m1的栅极电压vbn根据参考电压vref_out的变化而发生变化。此外，后级电路2包括：设置在布线l1与布线l2之间的复制电路20、差动放大器23和电压生成电路24。复制电路20具有串联连接的电阻22和晶体管m2，晶体管m2的栅极与晶体管m1的栅极连接。在此，晶体管m2是n型mos晶体管。需要说明的是，在此，晶体管m2的栅极经由电阻25与晶体管m1的栅极连接。这是为了不让晶体管m2的栅极电压vbn0受到晶体管m1的栅极电压vbn的急剧的ac变化的影响。就dc变化而言，晶体管m2的栅极电压vbn0与晶体管m1的栅极电压vbn相同。差动放大器23的反转输入接受由电压生成电路24生成的基准电压v_id，非反转输入连接在电阻22与晶体管m2之间的节点n1上。差动放大器23的输出施加至晶体管m2的栅极。

后级电路2还包括隔离电阻(isolationresistor)26，隔离电阻26在布线l1上设置在复制电路20与晶体管m1之间。

假设隔离电阻26的电压降为vdrop1、复制电路20所具有的电阻22的电压降为vdrop2。在此，将电阻22和晶体管m2的器件参数调整为，vdrop1＝vdrop2。具体而言，例如，将器件参数调整为，电阻22与晶体管m2的电阻比等于隔离电阻26与晶体管m1的电阻比。由此，节点n1的电压v_rp等于参考电压vref_out。

图2是复制电路20的电阻22的结构例。如图2(a)所示，电阻22也可以由所谓的无源元件即电阻元件221来实现。或者，还可以由布线电阻实现，该布线电阻由足够长的布线构成。此外，如图2(b)所示，也可以由向栅极施加了偏置电压vf的晶体管222实现。电阻25和隔离电阻26也同样构成即可。

图3示出电压生成电路24的结构例。图3的结构包括设置在电压vref、vss之间的电阻梯241。如图3所示，在构成电阻梯241的电阻彼此之间的连接节点中的任一连接节点，生成基准电压v_id。需要说明的是，除此之外，电压生成电路24也可以由例如带隙基准电路实现。

对参考电压稳定化电路10的动作进行说明。图4是示出参考电压稳定化电路10的基本动作的时序图。ad转换器100以f为动作频率进行离散动作，以1/f为周期间断性地将电流iout急剧引入。由于ad转换器100的电流引入而参考电压vref_out急速地下降时，栅极电压vbn就下降，因此，流过晶体管m1的电流igm就减少。由此，由于向ad转换器100供给的电流iout增加，因此，参考电压vref_out会急速地恢复。通过这样的动作，能够使参考电压vref_out稳定。

在此，在ad转换器100不进行电流引入动作时，即稳态时，在晶体管m1流动的电流(工作电流)igm0可能会产生由所谓的pvt偏差引发的偏差。在本实施方式的构成方式下，能够抑制该电流igm0的偏差。

假设：目前，由pvt偏差引发了电流igm0的增加。于是，隔离电阻26的电压降vdrop1增大，由此，参考电压vref_out就下降。通过上述的复制电路20，vref_out＝v_rp，因此，根据参考电压vref_out的下降，电压v_rp也下降。差动放大器23根据作为非反转输入的电压v_rp的下降，使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0降低。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也下降，由此，电流igm0减少。

此外，假设：由pvt偏差引发电流igm0减少。于是，隔离电阻26的电压降vdrop1减少，由此，参考电压vref_out会上升。通过上述的复制电路20，由于vref_out＝v_rp，因此，根据参考电压vref_out的上升，电压v_rp也上升。差动放大器23根据作为非反转输入的电压v_rp的上升，使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0上升。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也上升，由此，电流igm0增加。

通过这样的动作，抑制电流igm0的偏差。

如上所述，根据本实施方式，因例如pvt偏差而导致了晶体管m1的电流igm0增加时，根据参考电压vref_out的下降，节点n1的电压v_rp下降，差动放大器23使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0下降。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也下降，该电流igm0减少。另一方面，在晶体管m1的电流igm0减少时，根据参考电压vref_out的上升，节点n1的电压v_rp上升，差动放大器23使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0上升。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn0也上升，该电流igm0增加。通过这样的动作，抑制晶体管m1的电流igm0的偏差。由此，能够抑制功耗增加，并且能够抑制参考电压的稳定化能力的下降。

此外，还能够以在一个前级电路上连接有多个后级电路的方式将参考电压稳定化电路变形。图5示出变形例所涉及的参考电压稳定化电路10a的结构。在该变形例中，四个后级电路2a共通连接在一个前级电路1上。此外，一个电压生成电路24连接在四个后级电路2a上，由电压生成电路24生成的基准电压v_id共通施加至各个后级电路2a。各个后级电路2a分别向对应的ad转换器100供给稳定后的参考电压vref_out。需要说明的是，多个ad转换器100可以是例如进行交错(interleave)动作的ad转换器、用共通的动作时钟对共通的输入信号进行ad转换的并列方式的ad转换器、仅共用参考电压而彼此互相独立的ad转换器之一。

此外，图6是前级电路1的其它结构例。为了抑制电容元件111与寄生电感204之间的共振现象，如图6(a)所示，也可以将电阻元件112串联连接在电容元件111上。或者，如图6(b)所示，在布线l1、l2上，将电阻元件113、114插入在电容元件111之前。

<其它结构例1>

在图1的结构下，将器件参数调整为：复制电路20所具有的电阻22与晶体管m2的电阻比等于隔离电阻26与晶体管m1的电阻比。然而，本实施方式并不限于此。

图7是示出参考电压稳定化电路的其它结构例的图。在图7的结构下，在参考电压稳定化电路10b的后级电路2b中，从布线l1上省略了隔离电阻26。与图1的结构相同，图7的结构下，也能够利用节点n1的电压v_rp来抑制晶体管m1的电流igm0的偏差。也就是说，如果因pvt偏差而电流igm0增加，则参考电压vref_out就下降，节点n1的电压v_rp也下降。由于差动放大器23的动作而晶体管m2的栅极电压vbn0下降，晶体管m1的栅极电压vbn也下降，电流igm0就减少。另一方面，若由于pvt偏差而电流igm0减少，则参考电压vref_out就上升，节点n1的电压v_rp也上升。由于差动放大器23的动作而晶体管m2的栅极电压vbn0上升，伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也上升，电流igm0就增加。

此外，在隔离电阻26存在的结构下，也可以为，电阻22与晶体管m2的电阻比不是一定要等于隔离电阻26与晶体管m1的电阻比。然而，如果如图1的结构那样将器件参数调整为，电阻22与晶体管m2的电阻比等于隔离电阻26与晶体管m1的电阻比，则就能实现对pvt偏差的抑制效果较佳的电路。

需要说明的是，在图7的结构下，在复制电路20中，电阻22位于布线l1侧，晶体管m2位于布线l2侧，然而也可以与之相反地连接。

(第二实施方式)

在第二实施方式中，利用晶体管和两个电阻实现参考电压稳定化电路中的复制电路。需要说明的是，对于与第一实施方式共通的构成元素，有时适当地省略说明。

图8示出第二实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构。参考电压稳定化电路10c从输出节点ot1、ot2输出参考电压vrefh_out、vrefl_out。参考电压vrefh_out、vrefl_out被供给至负载电路的一例即ad转换器100。ad转换器100例如是逐次比较型ad转换器。参考电压稳定化电路10c和ad转换器100均被封装在集成电路300内。参考电压稳定化电路10c从输入侧用布线l1、l2接受例如从外部电源200经由i/o引线p1、p2供给过来的电压vrefh、vrefl。布线l1、l2分别与输出节点ot1、ot2连接。参考电压稳定化电路10c构成为，从输出节点ot1、ot2输出参考电压vrefh_out、vrefl_out，参考电压vrefh_out、vrefl_out相对于ad转换器100的负载变动情况而言是稳定的。

后级电路2c包括：连接在布线l1与布线l2之间的晶体管m1；以及连接在布线l1与晶体管m1的栅极之间的电容器21。在此，晶体管m1是n型mos晶体管。由于晶体管m1的栅极与布线l1电容耦合，因此晶体管m1的栅极电压vbn根据参考电压vrefh_out的电压的变化而发生变化。此外，后级电路2c包括设置在布线l1与布线l2之间的复制电路20a、差动放大器23、电压生成电路24。复制电路20a具有串联连接的电阻22、晶体管m2以及电阻31，晶体管m2的栅极经由电阻25与晶体管m1的栅极连接。在此，晶体管m2是n型mos晶体管。就dc变化而言，晶体管m2的栅极电压vbn0与晶体管m1的栅极电压vbn相同。差动放大器23的反转输入接受由电压生成电路24生成的基准电压v_id，差动放大器23的非反转输入连接在电阻22与晶体管m2之间的节点n1上。差动放大器23的输出被施加至晶体管m2的栅极。

后级电路2c还包括在布线l1上设置在复制电路20a与晶体管m1之间的隔离电阻26，此外，在布线l2上包括设置在复制电路20a与晶体管m1之间的隔离电阻32。

假设隔离电阻26的电压降为vdrop1、复制电路20a所具有的电阻22的电压降为vdrop2。此外，假设隔离电阻32的电压降为vdrop3，复制电路20a所具有的电阻31的电压降为vdrop4。在此，将电阻22、晶体管m2以及电阻31的器件参数调整为，vdrop1＝vdrop2、vdrop3＝vdrop4。具体而言，例如，将器件参数调整为，电阻22、晶体管m2、电阻31的电阻比等于隔离电阻26、晶体管m1、隔离电阻32的电阻比。

与第一实施方式相同，在本实施方式中，也能够利用节点n1的电压v_rp抑制在稳态时在晶体管m1流动的电流(工作电流)igm0的偏差，在上述稳态下，ad转换器100不进行电流引入。也就是说，若由于pvt偏差而电流igm0增加，则参考电压vrefh_out、vrefl_out的电压差下降，根据该电压差的下降，节点n1的电压v_rp也下降。差动放大器23根据非反转输入即电压v_rp的下降，使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0下降。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也下降，电流igm0就减少。另一方面，若由于pvt偏差而电流igm0减少，则参考电压vrefh_out、vrefl_out的电压差上升，根据该电压差的上升，节点n1的电压v_rp也上升。差动放大器23根据非反转输入即电压v_rp的上升，使输出也就是晶体管m2的栅极电压vbn0上升。伴随与此，晶体管m1的栅极电压vbn也上升，电流igm0就增加。通过这样的动作，抑制电流igm0的偏差。

需要说明的是，在图8的结构下，将器件参数调整为，电阻22、晶体管m2、电阻31的电阻比等于隔离电阻26、晶体管m1、隔离电阻32的电阻比。然而，本实施方式并不限于此。例如，也可以省略隔离电阻26、32中的一者或者将两者都省略。或者，也可以为，在隔离电阻26、32存在的构成方式下，电阻22、晶体管m2、电阻31的电阻比不是一定等于隔离电阻26、晶体管m1、隔离电阻32的电阻比。

(第三实施方式)

在第三实施方式中，设置用于进一步快速地使参考电压恢复的辅助电路。需要说明的是，对于与第一实施方式共通的构成元素，有时适当地省略说明。

图9示出第三实施方式所涉及的参考电压稳定化电路的结构。在参考电压稳定化电路10d中，在后级电路2d上设置有用于进一步快速地使参考电压vref_out恢复的辅助电路40。其它结构则与图1的后级电路2相同。

辅助电路40包括在布线l1与布线l2之间串联连接的电阻41及电容器42。辅助电路40设置在比晶体管m1更靠近输出侧的位置上。将电阻41的阻抗设为能够忽略ad转换器100的动作频率f下的电容器42阻抗的程度的足够大的值。也就是说，在假设电阻41的电阻值为r0、电容器42的电容值为c0时，满足以下式(1)的关系。需要说明的是，优选为，电阻值r0是在动作频率f下的电容器42的阻抗的10倍以上。

r0>>1/(2π×f×c0)…(1)

在此，在参考电压vref_out急速地下降时，辅助电路40将储存在电容器42中的电荷作为电流供向ad转换器100。此时，由于在辅助电路40中电阻性的阻抗起主导作用，因此，所供给的电流量是根据电阻41的电阻值r0和参考电压vref_out的电压值决定的。因此，辅助电路40直到参考电压vref_out恢复为止持续供给较大的电流。此外，此时，电容器42的电阻侧的端子维持比参考电压vref_out高的电压，因此不会从布线l1向电容器42供给电流。

根据这样的动作，辅助电路40能够促进已下降的参考电压vref_out的恢复。此外，在稳态时，由电容器42隔断直流电流，因此不会产生不需要的贯通电流，在上述稳态下，ad转换器100不进行电流引入。

此外，在构成为从内置在集成电路300中的稳压电路向参考电压稳定化电路10施加电压vref、vss的情况下，也可以在稳压电路中设置辅助电路。

图10示出在稳压电路中设置了辅助电路的结构例。需要说明的是，在图10中，省略示出参考电压稳定化电路10的前级电路1。稳压电路210包括：用正侧输入来接受由电压生成电路55生成的电压的运算放大器56；连接在电源vdd与输出端子vo之间且用栅极接受运算放大器56的输出的输出晶体管(源极跟随结构)m3；以及连接在输出晶体管m3与接地(graund)vss之间的负载电阻57。输出端子vo与运算放大器56的负侧输入反馈连接。稳压电路210还包括与上述的结构相同的辅助电路50。辅助电路50包括在输出节点vo与接地vss之间串联连接的电阻51及电容器52。将电阻51的阻抗设为能够忽略ad转换器100的动作频率f下的电容器52阻抗的程度的足够大的值。

在该结构下，辅助电路50也能够促进已下降的参考电压vref_out的恢复。此外，在稳态时，由电容器52隔断直流电流，因此也不会产生不需要的贯通电流，在上述稳态下，ad转换器100不进行电流引入。

需要说明的是，在图1的结构以外的构成方式下，也可以如本实施方式所示那样设置辅助电路。

在上述的说明中，为了便于说明而将ad转换器100设为逐次比较型ad转换器，但是并不限于此。ad转换器100也可以是流水线(pipeline)型ad转换器、快速(flash)型ad转换器、delta-sigmaad转换器等利用时钟信号进行离散动作的其它类型的ad转换器。此外，接受参考电压的负载电路并不限于ad转换器100，其可以是任何电路，只要是参照参考电压进行动作的电路即可。

-产业实用性-

根据本公开，在参考电压稳定化电路中，能够抑制参考电压的偏差，并且还能抑制工作电流的偏差，因此，例如，对于抑制集成电路的功耗增加、提高ad转换器的性能的方面是有用的。

-符号说明-

1前级电路

2、2a、2b、2c、2d后级电路

10、10a、10b、10c、10d参考电压稳定化电路

20、20a复制电路

21电容器

22电阻

23差动放大器

24电压生成电路

25第二电阻

26隔离电阻

31第二电阻

32第二隔离电阻

40辅助电路

41第二电阻

42第二电容器

50辅助电路

51第二电阻

52第二电阻

210稳压电路

300集成电路

111第二电容器

l1第一布线

l2第二布线

m1第一晶体管

m2第二晶体管

n1第一节点

ot1、ot2输出节点