CN1658109A - 电压发生电路 - Google Patents

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Abstract

发生没有温度梯度的电压Vref、和具有温度梯度的电压Vd1。发生将电压Vref电阻分压后的电压V11、V12。然后，将电压Vd1、V11、V12用第1运算处理用运算放大器(OP14)和第2运算处理用运算放大器(OP15)进行运算处理，生成电压VH1和电压VL1。电压VH1和电压VL1的电压差，如式VH1－VL1＝mag×(V12－V11)所示成为去除了温度依赖性的恒定电压。从而实现在发生具有温度梯度的电压发生电路中，能将发生具有温度梯度的电压的二极管内置于IC，并且令电阻分压后的各电压间的电压等级一定、各电压的温度梯度也一定。

Description

电压发生电路
技术领域
本发明，涉及一种电压发生电路，特别是，涉及一种用于产生具有温度梯度的电压的电压发生电路。
背景技术
图3表示的是现有例中的用于发生具有温度梯度的电压的电压发生电路的电路图。电源电压Vdd与接地电压之间串联连接有电阻21和二极管D2，且从该连接点发生具有温度梯度(温度依赖性)的电压Vd2。此电压Vd2为与二极管D2的顺向电压基本相等的电压，反映其温度特性，具有-1.8mv/℃的温度梯度。运算放大器OP21将此电压Vd2放大，输出电压VH2。其放大率为(r22+r23)/r23。这里，r22、r23表示的是电阻R22、R23的电阻值。
然后，此电压VH2作为电压源供给给电阻分压电路50的高电压侧上。电阻分压电路50的结构是，在电压VH2和接地电压之之间串联连接有n个电阻R1、R2，…Rn，且其各连接点上连接有(n+1)个传输门(transmission gate)TG1、TG2、…TGn+1。然后，令这些传输门TG1、TG2、…TGn+1之中1个传输门导通，该传输门的连接点分压后的电压通过该传输门输出。从该传输门输出的电压，通过电压跟随器(voltagefollower)用的运算放大器OP22变换为低阻抗后输出。
从而，用此电路，通过将放大后的、具有温度梯度的电压VH2通过电阻分压电路50分压，能够取出期望的电压。
【专利文献1】特开2003-108241号公报
然而，现有的电路中有2个问题。第1，由于必须将二极管D2的顺向电压设定得较低，因此不能将二极管D2内置于IC中，而必须置于IC之外。
现在，假设电路规格设定为：电源电压为5V±10％、输出电压VH2得温度梯度为-20mV/℃、动作温度范围为-25℃～75℃。为了配合温度梯度为-20mV/℃，将运算放大器OP21的放大率设定为11倍(准确来说是20/1.8倍，这里为了便于说明设为11倍)。由于电源电压的最小值为4.5V，因此温度为-25℃时得二极管D2的顺向电压为4.5/11＝0.409V。
这样，常温(25℃)下二极管D2的顺向电压，为4.5/11-0.0018×50＝0.319V。要用一般规格尺寸的IC内置二极管获得0.3V左右的二极管顺向电压，必须将其中的电流控制在几十pA～几百pA这个范围，这样就得令连接于二极管上的串联电阻的阻值在几十GΩ以上，不太现实。因此为了获得较低的二极管顺向电压，必须对IC外置能够流过某种程度大的电流(μA级)的独立二极管。
第2个问题是，通过电阻分压电路50获得的分压后的电压间的电压等级(step)依赖于温度，并且其分压后的各个电压的温度梯度也是各不相同。图4为图3所示的分压电路50的输出电压的温度特性图。图中表示有：电压VH2、作为接地电压的电压VL2、及这两个电压的中间电压的Cent2。作为放大器使用的运算放大器OP21的输出电压VH2，具有给定的温度梯度。若将此电压VH2，对不具有温度梯度的电压VL2进行电阻分压的话，由于温度的缘故分压后的各电压问的电压等级可能改变，分压后的各电压的温度梯度也可能改变。
发明内容
本发明的电压发生电路，为了解决上述技术问题，具备如下特征。具备：输出没有温度梯度的第1电压的第1电压发生模块；发生具有温度梯度的第2电压的第2电压发生模块；发生将所述第1电压分压后的第3及第4电压的第1电阻分压电路；向正输入端子中输入所述第2电压、通过第1电阻向负输入端子中输入所述第3电压、且在输出与所述负输入端子之间连接有第2电阻的第1运算放大器；以及，向正输入端子中输入所述第2电压、通过第3电阻向负输入端子中输入所述第4电压、且在输出与所述负输入端子之间连接有第4电阻的第2运算放大器。且令所述第1运算放大器及第2运算放大器的输出电压具有相等的温度梯度。
通过本发明的电压发生电路，不但可以取出具有温度梯度的期望电压，还能将具有温度梯度的元件、例如二极管内置于IC中。再有，与现有电路相比，可以再低电源电压下进行工作。再有就是，可令电阻分压后的各电压间的电压等级一定，并且各电压的温度梯度也一定。
附图说明
图1为本发明的实施方式中的电压发生电路的电路图。
图2为本发明的实施方式中的电压发生电路的温度特性图。
图3为现有技术中的电压发生电路的电路图。
图4为现有技术中的电压发生电路的电路图。
图中：10-带隙电路，20-第1电阻分压电路，30-第2电阻分压电路，D1-二极管，OP11-运算放大器，OP12、OP13-电压跟随器用运算放大器，OP14-第1运算处理用运算放大器，OP15-第2运算处理用运算放大器
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式中的电压发生电路进行说明。图1为此电压发生电路的电路图。10为发生不具有温度梯度的电压Vref的带隙(band gap)电路，由：电阻R11、R12、R13、二极管D1、多个并联连接二极管的Dn、运算放大器OP11构成。另外，从此电路内的电阻13和二极管D1的连接点取出具有温度梯度的电压Vd1。再者，代替二极管D1，也可从双极性晶体管取出具有温度梯度的电压。另外，虽然所述带隙电路10用运算放大器构成，但也可使用一般公知的定电流型带隙电路。
20是对电压Vref进行分压的第1电阻分压电路，由串联连接于运算放大器OP11的输出和接地电压之间的电阻R14、R15、R16构成。然后，电阻R14和R15的连接点产生电压V12，电阻R15和电阻R16的连接点上产生较电压V12低的的电压V11。
OP14为第1运算处理用运算放大器，在正输入端子(+)上施加电压Vd1，电压V12被用电压跟随器用运算放大器OP12变换为低阻抗之后、通过电阻R171输入到负输入端子(-)。第1运算处理用运算放大器OP14的输出和负输入端子(-)之间连接有电阻R172。
OP15为第2运算处理用运算放大器，在正输入端子(+)上施加电压Vd1，电压V11被用电压跟随器用运算放大器OP13变换为低阻抗之后、通过电阻R181输入到负输入端子(-)。第2运算处理用运算放大器OP15的输出和负输入端子(-)之间连接有电阻R182。
第2电阻分压电路30的结构是，在第1运算处理用运算放大器OP14的输出电压VL1和第2运算处理用运算放大器OP15的输出电压VH1(VH1＞VL1)之间，串联连接n个电阻R1、R2、…Rn，其各连接点上连接(n+1)个传输门TG1、TG2、…TGn+1。然后，令这些传输门TG1、TG2、…TGn+1之中1个传输门导通，该传输门的连接点分压后的电压通过该传输门输出。从该传输门输出的电压，通过电压跟随器用运算放大器OP16变换为低阻抗后输出。
第2运算处理用运算放大器OP15的输出电压VH1，用如下表达式表示。
VH1＝{1+(r182/r181)}×Vd1-(r182/r181)×V11
另外，第1运算处理用运算放大器OP14的输出电压VL1，用如下表达式表示
VL1＝{1+(r172/r171)}×Vd1-(r172/r171)×V12
在这两个表达式中，r171、r172、r181、r182，分别为电阻R171、R172、R181、R182的电阻值。这两个表达式的第1项为具有温度梯度的电压、第2项为没有温度梯度的恒定电压。另外，由于电压VH1和电压VL1用第1项和第2项的电压差来表示，因此不管二极管电压Vd1或其系数有多大都能形成低电压。这样，可以将电源电压设定得较小。另外，能将二极管电压Vd1设定得较大，从可内置于IC中。
这里，为了令电压VH1和电压VL1的温度梯度一致，设定r172/r171＝r182/r181＝mag。即令电阻比相等。然后将表达式重新列出，电压VH1、VL1如下式所示。
VH1＝(1+mag)×Vd1-mag×V11
VL1＝(1+mag)×Vd1-mag×V12
电压VH1和电压VL1的电压差，如下式所示成为去除了温度依赖性的恒定电压。
VH1-VL1＝mag(V12-V11)
具体来说，假设电路设定为：电源电压5V±10％、温度特性-20mV/℃、动作温度范围-25～75℃、输出电压范围1V。根据温度特性和动作温度范围，由温度引起的电压变化为25℃下的电压±1.0V，因此考虑电源电压后设VH1、VL1在25℃下的值分别为3V和2V。
另外，来自带隙电路10的二极管D1的二极管电压Vd1为0.6V(25℃时)，令其温度梯度为-1.8mV/℃。另外，令来自带隙电路10的电压Vref为一般值1.2V。在上述条件下，计算各电路元件的值来验证其效果。
根据温度梯度为-20mV/℃这个要求温度特性，设定(1+mag)＝11(准确说是20/1.8，这里为了便于说明设为11)。然后，用mag、及Vd1、VH1、VL1在25℃下的电压值，反过来推算电压V11、V12，则有
3.0＝(1+10)×0.6-10×V11
2.0＝(1+10)×0.6-10×V12
通过上式，得到V11＝0.36、V12＝0.46。因此，第1电阻分压电路20的电阻R14、R15、R16的电阻比，可设定为r14∶r15∶r16＝74∶10∶36，并设定r171∶r172＝r181∶r182＝1∶10。
图2，为此电压发生电路的输出电压的温度特性图。此图中表示有，根据上述电路规格设定的电压VH1、电压VL1及这两个电压的中间电压Centl。
从而通过本实施方式的电压发生电路，由于能将来自二极管D1的电压设定为0.6V这样较大的值，因此可将二极管D1上串联连接的电阻R13的电阻值设定得较低。这样，就可以将二极管D1内置于IC中。再有，能在比现有电路低的电压电源下动作。另外，还能令由第2电阻分压电路30电阻分压后的各电压间的电压等级一定，且令各电压的温度梯度也一定。

Claims (7)

1、一种电压发生电路，其特征在于：
具备：输出没有温度梯度的第1电压的第1电压发生模块；
发生具有温度梯度的第2电压的第2电压发生模块；
发生将所述第1电压分压后的第3及第4电压的第1电阻分压电路；
向正输入端子中输入所述第2电压、通过第1电阻向负输入端子中输入所述第3电压、且在输出与所述负输入端子之间连接有第2电阻的第1运算放大器；以及，
向正输入端子中输入所述第2电压、通过第3电阻向负输入端子中输入所述第4电压、且在输出与所述负输入端子之间连接有第4电阻的第2运算放大器，
且令所述第1运算放大器及第2运算放大器的输出电压具有相等的温度梯度。
2、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，所述第1电阻和所述第2电阻的电阻值之比，与所述第3电阻和所述第4电阻的电阻值之比相等。
3、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，具备连接于所述第1运算放大器的输出电压和所述第2运算放大器的输出电压之间的第2电阻分压电路。
4、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，具备将所述第3电压变换为低阻抗的输出电压的电压跟随器用第3运算放大器、及将所述第4电压变换为低阻抗的输出电压的电压跟随器用第4运算放大器。
5、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，所述第1电压发生模块为带隙电路。
6、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，所述第2电压发生模块为二极管。
7、根据权利要求1所述的电压发生电路，其特征在于，所述第2电压发生模块为双极性晶体管。
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