CN102999078A - 基准电压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基准电压电路,其产生温度依赖性小、低压(1.25V以下)的恒压。该基准电压电路具备:带隙电压产生电路,其具有两个PN结,并输出基于任意一个PN结的电压(Vk)和基于两个PN结的电压差的电流(Ik);以及对电压(Vk)进行分压的分压电路,分压电路利用输入的电流(Ik)对分压电压进行校正并作为基准电压进行输出。
Description
技术领域
本发明涉及产生温度依赖性小的恒压的基准电压电路。
背景技术
以往,作为产生温度依赖性小的恒压的基准电压电路,公知有产生与硅的带隙值大致相等的电压的带隙基准电压电路(例如,参考专利文献1)。
图4是示出以往的带隙基准电压电路的结构图。以往的带隙基准电压电路具备PN结401、PN结402、电阻值为R1的电阻器403、晶体管404、晶体管405、晶体管406、与电阻器403同种类型(相同的温度特性)且电阻值为R2的电阻器407、PN结408以及放大器409。PN结401和PN结402的有效面积比(例如阳极/阴极接合面积比)为1:K1的关系。
晶体管404和晶体管405由于栅源间电压相等,所以流过基于尺寸比的电流。例如,如果尺寸比为1:1,则晶体管404和晶体管405流过大致相等的电流。此处,以晶体管404和晶体管405的电流大致相等为前提。放大器409控制流过晶体管404和晶体管405的电流,使得电压VA和电压VB相等。此时,流过晶体管405的电流Ib如(1)式所示。
Ib=VT×{1n(K1)}/R1…(1)
此处,VT是热电压,表示为kT/q。其中,q是单位电子电荷,k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度。
晶体管406流过基于电流Ib的电流。如果假定晶体管405和晶体管406的尺寸比是1:1、PN结408中产生的电压是Vpn3,则基准电压Vref如(2)式所示。
Vref=Vpn3+(R2/R1)×VT×{1n(K1)}…(2)
由于电压Vpn3具有大约-2.0mV/℃的负的温度特性,所以第一项示出负的温度特性。由于热电压VT具有正的温度特性,所以第二项示出正的温度特性。对(2)式关于T进行微分,求出使其为0的条件,则如(3)式所示。
(R2/R1)×(k/q)×{1n(K1)}=0.002…(3)
因此,如果将(R2/R1)设定为满足(3)式,则能够实现温度依赖性小的基准电压Vref。
这样,得到了产生温度依赖性小的电压的基准电压电路。
专利文献1:日本特开2008-305150号公报
但是,在以往的带隙基准电压电路中,根据式(2)和(3),基准电压Vref大约为1.25V。因此,存在这样的问题:无法使工作电压成为受其限制的电压以下。
发明内容
本发明是为了解决上述的各种问题而完成的,实现产生温度依赖性小、且更低的电压的基准电压电路。
本发明的基准电压电路构成为,具备:带隙电压产生电路,其具有两个PN结,并输出基于PN结的电压Vk和基于两个PN结的电压差的电流Ik;以及对电压Vk进行分压的分压电路,分压电路利用输入的电流Ik对分压电压进行校正并作为基准电压进行输出。
根据本发明的基准电压电路,能够提供产生温度依赖性小、且低压的基准电压的基准电压电路。
附图说明
图1是示出第一实施方式的基准电压电路的结构图。
图2是示出第二实施方式的基准电压电路的结构图。
图3是示出第三实施方式的基准电压电路的结构图。
图4是示出以往的带隙基准电压电路的结构图。
标号说明
100带隙电压产生电路;101分压电路;12、31a、32b、409放大器。
具体实施方式
图1至图3是示出本实施方式的基准电压电路的结构图。
本实施方式的基准电压电路具备带隙电压产生电路100和分压电路101。带隙电压产生电路100根据两个PN结(有效面积比例如阳极/阴极接合面积比为1:K1的关系)的电压,生成并输出电压Vk和电流Ik。分压电路101根据从带隙电压产生电路100输入的电压Vk和电流Ik,输出基准电压Vref。
<第一实施方式>
图1示出第一实施方式的基准电压电路的结构图。
带隙电压产生电路100具备PN结401和402、电阻器403、晶体管404和405、放大器409和晶体管11。分压电路101具备放大器12、电阻器13和14。
晶体管404和PN结401串联地连接在电源和地之间。晶体管405、电阻器403和PN结402串联地连接在电源和地之间。放大器409的反相输入端子与晶体管404和PN结401的连接点连接。放大器409的同相输入端子与晶体管405和电阻器403的连接点连接。放大器409的输出端子与晶体管404、晶体管405、晶体管11的栅极端子连接。
此处,作为基于PN结的电压Vk,使用PN结401产生的电压VA。此外,作为基于PN结的电流Ik,使用晶体管11流过的电流,该晶体管11的栅极端子与晶体管404以及晶体管405的栅极端子共同连接。
放大器12的同相输入端子被输入电压Vk,输出端子与反相输入端子连接。电阻器13和14串联地连接在放大器12的输出端子和地之间。电阻器13和14的连接点与晶体管11的漏极端子连接,并与基准电压电路的输出端子连接。
以下,对本实施方式的基准电压电路的工作进行说明。
放大器409控制流过晶体管404和晶体管405的电流,使得电压VA和电压VB相等。
流过晶体管405的电流Ib是PN结401中产生的电压Vpn1和PN结402中产生的电压Vpn2之间的电压差除以电阻器403的电阻值R1而得到的值。即,基于两个PN结的电压差的电流Ib流过晶体管405。
此处,晶体管11和晶体管405由于栅源间电压相等,所以流过基于尺寸比的电流。例如,如果尺寸比为1:1,则晶体管11和晶体管405流过大致相等的电流Ib。即,在晶体管11中,流过与基于两个PN结的电压差的电流Ib相等的电流Ik。
流过晶体管11的电流Ik如(4)式所示。
Ik=VT×{1n(K1)}/R1…(4)
此处,VT是热电压,表示为kT/q。其中,q是单位电子电荷,k是玻尔兹曼常数常数,T是绝对温度。
如果电阻器13的电阻值为R3、电阻器14的电阻值为R4,则电压Vref如(5)式所示。
Vref=1k×(R3×R4)/(R3+R4)+Vk×R3/(R3+R4)={R3/(R3+R4)}×{(R4/R1)×VT×{1n(K1)}+Vk}…(5)
在(5)式中,由于热电压VT具有正的温度特性,所以(R4/R1)×VT×{ln(K1)}示出正的温度特性。此外,由于Vpn1具有大约-2.0mV/℃的负的温度特性,所以Vk示出负的温度特性。因此,如果适当地设定(R4/R1),则(5)式的{(R4/R1)×VT×{ln(K1)}+Vk}获得较小的温度依赖性。因此,只要适当地设定{R3/(R3+R4)},则基准电压Vref作为对(5)式的{(R4/R1)×VT×{ln(K1)}+Vk}分压后的结果,可自由地获得绝对值。
如上所述,第一实施方式的基准电压电路的基准电压Vref能够作为低压(1.25V以下)且温度依赖性小的电压而获得。因此,也能降低基准电压电路的工作电压。
此外,在第一实施方式的基准电压电路中,采用了用放大器12对电压Vk进行阻抗变换的结构,但在电压Vk的阻抗较低的情况下,也可以采用将电压Vk直接与电阻器14连接的结构。
此外,在第一实施方式的基准电压电路中,作为基于PN结的电压Vk,使用了PN结401中产生的电压VA,但是也可以是电压VB,或其他的电压。
此外,在第一实施方式的基准电压电路中,作为产生电压VB的电路,采用了从“地”起按照PN结402和电阻器403的顺序而串联连接的电路结构,但是,以相反的顺序连接也可获得同样的效果。
<第二实施方式>
图2示出第二实施方式的基准电压电路的结构图。
带隙电压产生电路100具备:PN结401和402;电阻器403;晶体管21、22、23、24、25、27;PN结26;以及晶体管11。
PN结401、402以及电阻器403构成为与第一实施方式的基准电压电路相同。晶体管21和22、晶体管23、24和25构成电流镜电路。晶体管27、晶体管25与PN结26串联地连接在电源和地之间。晶体管27和晶体管11构成电流镜电路。
电流镜电路由于PN结401、402以及电阻器403流过相等的电流,所以电压VA与电压VB相等。
此处,作为基于PN结的电压Vk,使用PN结401中产生的电压VA。此外,作为基于PN结的电流Ik,使用PN结元件26和晶体管25流过的电流,该晶体管25的栅极端子与晶体管23、晶体管24的栅极端子共同连接。
通过具有上述图2所示的结构的第二实施方式的基准电压电路,也能够获得与第一实施方式的基准电压电路相同的效果。
另外,在第二实施方式的基准电压电路中,采用了用放大器12对电压Vk进行阻抗变换的结构,但是在电压Vk的阻抗较低的情况下,也可以采用将电压Vk直接与电阻器14连接的结构。
此外,在第二实施方式的基准电压电路中,作为基于PN结的电压Vk,使用了PN结401中产生的电压VA,但也可以是电压VB、或其他的电压。
此外,在第二实施方式的基准电压电路中,作为产生电压VB的电路,采用了从“地”起按照PN结402和电阻器403的顺序而串联连接的电路结构,但是,以相反的顺序连接也可获得同样的效果。
<第三实施方式>
图3示出第三实施方式的基准电压电路的结构图。
带隙电压产生电路100具备电流源31a和31b、PN结401和402、晶体管33a和33b、电阻器34a和34b、放大器39a和39b以及晶体管35和11。
电流源31a和PN结401串联地连接在电源和地之间,其连接点与放大器39a的同相输入端子连接。放大器39a的输出端子与晶体管33a的栅极端子连接,反相输入端子与晶体管33a的源极端子连接。晶体管35、33a和电阻器34a串联地连接在电源和地之间。晶体管35和11进行电流镜连接。
电流源31b和PN结402串联地连接在电源和地之间,其连接点与放大器39b的同相输入端子连接。放大器39b的输出端子与晶体管33b的栅极端子连接,反相输入端子与晶体管33b的源极端子连接。晶体管11、33b和电阻器34b串联地连接在电源和地之间。
晶体管33a和电阻器34a流过基于PN结401中产生的电压Vpn1的电流Ia。晶体管33b和电阻器34b流过基于PN结402中产生的电压Vpn2的电流Ib。
此处,作为基于作为PN结的电压Vk,使用PN结401中产生的电压VA。此外,作为基于两个PN结的电压差的电流Ik,使用了电流Ia减去Ib而得的电流。如上所述,电流Ia减去电流Ib而得的电流成为基于两个PN结的电压差的电流。
通过具有上述图3所示的结构的第三实施方式的基准电压电路,也能够获得与第一实施方式的基准电压电路相同的效果。
另外,在第三实施方式的基准电压电路中,采用了用放大器12对电压Vk进行阻抗变换的结构,但是在电压Vk的阻抗较低的情况下,也可以采用将电压Vk直接与电阻器14连接的结构。
此外,在第三实施方式的基准电压电路中,作为基于PN结的电压Vk,使用了PN结401中产生的电压VA,但也可以是电压VB、或其他的电压。
Claims (3)
1.一种基准电压电路,其输出基于两个PN结的电压差的恒压,其特征在于,所述基准电压电路具备:
带隙电压产生电路,其输出基于所述PN结中的任意一个的电压Vk、和基于所述两个PN结的电压差的电流Ik;以及
对所述电压Vk进行分压的分压电路,
所述分压电路利用输入的所述电流Ik对分压电压进行校正,作为基准电压进行输出。
2.根据权利要求1所述的基准电压电路,其特征在于,
所述分压电路具备连接在电压Vk和地之间的多个电阻器,
所述电流Ik被输入到所述多个电阻器的连接点。
3.根据权利要求1所述的基准电压电路,其特征在于,
所述分压电路具备:
放大器,其一个输入端子被输入电压Vk,另一个输入端子与输出端子连接;以及
连接在所述放大器的输出端子和地之间的多个电阻器,
所述电流Ik被输入到所述多个电阻器的连接点。
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