CN1831699A - 基准电压生成电路和基准电流生成电路 - Google Patents

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CN1831699A CNA2006100597126A CN200610059712A CN1831699A CN 1831699 A CN1831699 A CN 1831699A CN A2006100597126 A CNA2006100597126 A CN A2006100597126A CN 200610059712 A CN200610059712 A CN 200610059712A CN 1831699 A CN1831699 A CN 1831699A
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Abstract

在作为半导体集成电路而构成的基准电流生成电路中要得到微小的输出电流的情况下，使决定输出电流的基准电阻的面积增大。通过用由(R1、R2)构成的电阻分压电路来分配调节器(14)的输出电压，从而产生微小的基准电流。电阻分压电路可用由晶体管(Q3)构成的开关断路构成。在(R1、R2)的连接点(P)和基准电压输出端之间设置由晶体管(Q4)构成的开关，另外，将电容器(C)连接到该输出端。用控制电路(16)输出的时钟脉冲来周期性接通·截断控制(Q3、Q4)。(C)在接通时充电为基准电压，在截断时将输出端保持为基准电压。

Description

基准电压生成电路和基准电流生成电路
技术领域
本发明涉及生成在其他电路等的动作中作为基准的电压或电流的基准电压生成电路和基准电流生成电路，尤其涉及在低消耗功率下生成微小的基准电压或微小的基准电流的电路。
背景技术
图2是生成在电子电路的动作中作为基准的规定电流(基准电流)的现有电路结构的电路图。将该电路集成形成在半导体基板上。该电路构成为包含：根据基准电压Vref生成基准电流的电流反射镜电路2、和为了进行Vref的供给源和电流反射镜电路2之间的阻抗变化而设置的运算放大器A。作为电流反射镜电路2和运算放大器A的动作电源，使用了接地GND和供给规定的正电压的电源Vcc。另外，将Vref设置为例如1.2V。另外，Vref由调节器(regulator)等供给源生成后进行供给。
电流反射镜电路2构成为包含MOS晶体管Q1、Q2和电阻Rref。晶体管Q1、Q2都将栅极连接到运算放大器A的输出端子，将漏极连接到Vcc。将晶体管Q1的源极连接到运算放大器A的非反相输入端子。即，Q1的栅极和源极经运算放大器A彼此连接。在Q1的源极和GND之间连接基准电阻Rref。
将Vref输入到运算放大器A的反相输入端子。另外，如上所述，分别将Q1的栅极和源极及Rref连接到输出端子和非反相输出端子。在该运算放大器A的两个输入端子之间虚拟短路(virtual short)成立，非反相输入端子的电压基本上等于输入到反相输入端子的Vref。
基准电阻Rref被施加非反相输入端子的电压Vref，生成对应于该电压的基准电流Iref。该基准电流为电流反射镜电路的输入电流，从电流反射镜电路的输出侧的晶体管Q2的源极取出对应于基准电流Iref的输出电流。
这样，基准电流Iref的大小由基准电压Vref和基准电阻Rref的大小来决定。因此，对于所施加的基准电压Vref，在需要生成微小的基准电流Iref的情况下，将Rref的值设置得较大。
再这里，基准电流Iref的温度特性受到基准电阻Rref的温度特性的影响。因此，在设计基准电阻Rref时，关心其温度依赖性变低。另外，在形成集成电路的情况下，电阻通常使用扩散层或多晶硅来形成。其中，多晶硅温度特性较好，用于基准电阻Rref的形成。
另外，若输入到运算放大器A的基准电压微小，则由此也可以生成微小的基准电流Iref。作为根据通常的稳压器电路(voltage regulator circuit)可生成的1V左右到几V左右的电压输出，例如生成几百mV左右或其以下的新的基准电压的简单方法，有电阻分压。
多晶硅温度特性较好，相反片电阻低。因此，在为生成微小的基准电流Iref而要变大基准电阻Rref的情况下，由多晶硅形成的电阻元件在半导体基板上占据了较大的面积，有引起芯片大小增大或成本增大的问题。
另外，在由电阻分压电路生成微小电压的新的基准电压的情况下，产生消耗功率变大电阻分压电路上流过的电流份的问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，其目的是提供一种抑制消耗功率且可生成微小的基准电压的基准电压生成电路、和抑制基准电阻的大小且可生成微小的基准电流的基准电路生成电路。
本发明的基准电压生成电路，其中具有：两个参考电源，其分别产生规定电压；电路路径，其包含在所述两个参考电源之间彼此串联连接的第一电阻和第二电阻；偏压电流控制电路，其周期性地接通·截断流过所述电流路径的偏压电流；电容器，其将一个端子连接到所述第一电阻和所述第二电阻的连接点及电压输出端子；充电开关，其被插入到所述电容器和所述连接点之间；和充电控制电路，其连动于所述偏压电流的接通·截断控制而断续控制所述充电开关，以控制所述电容器的充电；从所述电压输出端子输出基准电压。
另一本发明的基准电压生成电路，其中具有：两个参考电源，其分别产生规定电压；电路路径，其包含在所述两个参考电源之间彼此串联连接的第一电阻和第二电阻；电流路径开关，其被串联插入所述电流路径中；电流路径控制电路，其周期性地断续控制所述电流路径；电容器，其将一个端子连接到所述第一电阻和所述第二电阻的连接点及电压输出端子；充电开关，其被插入到所述电容器和所述连接点之间；和充电控制电路，其连动于所述偏压电流的断续控制，周期性地断续控制所述充电开关；从所述电压输出端子输出基准电压。
在又一本发明的基准电压生成电路中，分别由晶体管构成所述电流路径开关和所述充电开关。
在又一本发明的基准电压生成电路中，所述电流路径控制电路和所述充电控制电路向所述各晶体管的栅极端子供给公共的时钟信号，以接通·截断控制该各晶体管的导通。
在又一本发明的基准电压生成电路中，所述充电控制电路仅在包含于所述电流路径开关接通状态的期间而设置的充电期间内，使充电开关为接通状态。
本发明的基准电流生成电路，其使用了上述基准电压生成电路，其中具有：阻抗转换放大器，其从所述电压输出端子输入所述基准电压；电流反射镜电路，其连接到所述阻抗转换放大器的输出端子；所述电流反射镜电路具有基准电阻，其将所述基准电压施加到一个端子上，并根据该基准电压来设置该电流反射镜电路的输入电流；输出对应于该电流反射镜电路的输出电流的基准电流。
本发明的最佳形式是所述阻抗转换放大器由运算放大器构成；所述运算放大器将第一输入端子连接到所述电压输出端子，将第二输入端子连接到所述基准电阻的所述一个端子，且将输出端子连接到与所述基准电阻相连、构成所述电流反射镜电路的输入晶体管的电流控制端子上的基准电流生成电路。
根据本发明，由于电阻分压两端的参考电压、可生成微小的电压的电阻分压电路仅断续流过电流，所以实现了消耗功率的降低。将电阻分压电路生成的微小的电压保持在电容器中，而用作基准电压。通过使用该微小的基准电压，从而可以抑制基准电阻的增大，并且可生成微小的基准电流。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的基准电流生成电路的示意结构的电路图；
图2是表示现有的基准电流生成电路的结构的电路图。
图中：10-基准电压生成电路，12-电流反射镜电路，14-调节器，16-控制电路。
具体实施方式
下面，根据附图来说明本发明的实施方式(下面称作实施方式)。
图1是表示实施方式的基准电流生成电路的示意结构的电路图。该电路集成形成在半导体基板上。该电路构成为包含：生成微小的基准电压Vref2的基准电压生成电路10、根据Vref2来生成基准电流的电流反射镜电路12和为基准电压生成电路10和电流反射镜电路12之间的阻抗变换而设置的运算放大器A。
作为电流反射镜电路12和运算放大器A的动作电源，使用了接地GND和供给规定的正电压的电源Vcc。另外，基准电压生成电路10作为参考电源，具有调节器14和GND，并根据调节器14的输出电压Vref来新生成基准电压Vref2后输出。
基准电压生成电路10除了调节器14之外，构成为包含：电阻R1、R2、MOS晶体管Q3、Q4、电容器C和控制电路16。
串联连接电阻R1和电阻R2，并在调节器14的输出端子和GND之间形成电流路径。将晶体管Q3插入该电流路径内，作为进行该电路路径的断路的开关起作用。例如，将电阻R1的一端连接到调节器14，将另一端连接到电阻R2的一端。另外，将电阻R2的另一端连接到晶体管Q3的漏极，将其源极连接到GND。将Q3的栅极连接到控制电路16的输出端子。
将电容器C的一端经晶体管Q4连接到电阻R1和电阻R2的连接点P，同时，连接到基准电压生成电路10的输出端子。另外，将电容器C的另一端连接到GND。晶体管Q4例如将漏极连接到连接点P，将源极连接到电容器C，以作为进行电容器C和连接点P的断路的开关起作用。将Q4的栅极连接到控制电路16的输出端子。
控制电路16以规定的周期产生时钟脉冲，并施加到Q3、Q4的栅极上。同步于该脉冲的上升沿、下降沿，Q3、Q4同时进行导通、截止动作。
具体的，在施加了时钟脉冲的期间内，Q3和Q4变为导通状态。通过使Q3为导通状态，从而在R1和R2中流过对应于Vref的电流，在连接点P上产生根据电阻R1和电阻R2分压了Vref后的电压Vp。Vp通过下式给出。
Vp＝Vref·R2/(R1+R2)
另外，通过使Q4为导通状态，从而电容器C施加电压Vp，以进行充电，而使得端子间电压为Vp。
另一方面，在时钟脉冲截断的期间内，Q3和Q4变为截止状态。通过使Q3为截止状态，从而R1和R2中不流过电流。此外，通过使Q4为截止状态，从而电容器C与连接点P分离。
在以上的动作中，基准电压生成电路10的输出电压Vref2在时钟脉冲接通的期间中，变为从连接点P提供的电压Vp，在时钟脉冲截断的期间中，通过电容器C保持的电压基本上变为Vp。即，基准电压生成电路10输出保持为恒定的基准电压Vref2。
根据R1、R2的值来设置Vref2的值。例如，在将R1设置为R2的9倍的电阻值的情况下，Vref2可以为Vref的1/10。将调节器14的输出电压Vref设置为例如1V左右到几V左右。例如，在调节器14输出1.2V，并通过R1和R2将其电阻分压为1/10的情况下，基准电压生成电路10输出的基准电压Vref2变为0.12V。这样，基准电压生成电路10根据通常的调节器生成的电压，生成微小的基准电压Vref2后输出。
这样，在本电路中，通过电阻分压生成微小的基准电压Vref2，但是在电阻R1、R2中仅间歇地流过电流。由此，抑制了该电阻分压电路部分的消耗功率。
将所生成的基准电压Vref2经运算放大器A传到电流反射镜电路12。另外，由于运算放大器A为高输入阻抗，所以抑制了电容器C的放电，另外，通过控制电路周期性地产生时钟脉冲，电容器C以规定周期重新充电，所以电容器C可以在端子间以良好精度将电压维持为Vp。
电流反射镜电路12构成为包含MOS晶体管Q1、Q2和电阻Rref。晶体管Q1、Q2都将栅极连接到运算放大器A的输出端子，另外，将源极连接到Vcc。将晶体管Q1的漏极连接到运算放大器A的非反相输入端子。即，Q1的栅极和漏极经运算放大器A彼此相连。另外，在Q1的漏极和GND之间连接基准电阻Rref。
将基准电压生成电路10的输出电压Vref2输入到运算放大器A的反相输入端子。如上所述，分别将Q1的栅极和漏极及Rref连接到输出端子和非反相输入端子上。该运算放大器A的两个输入端子之间虚拟短路成立，非反相输入端子的电压基本上等于输入到反相输入端子的Vref2。
基准电阻Rref施加非反相输入端子的电压Vref2，并生成基于该电压的基准电流Iref。该基准电流为电流反射镜电路的输入电流，从电流反射镜电路的输出侧的晶体管Q2的漏极取出对应于基准电流Iref的输出电流。
这样，通过基准电压Vref2和基准电阻Rref的大小来决定基准电流Iref的大小。具体的，Iref与Vref2成正比，与Rref成反比。本电路如上所述，因为可以微小地设置基准电压Vref2，所以可以抑制·避免基准电阻Rref的值的增大，并生成微小的基准电流Iref。通过可以更小地设置基准电阻Rref的值，即使使用温度特性良好且片电阻较小的多晶硅来形成作为基准电阻Rref的电阻元件，也可避免半导体基板上的该电阻元件的面积的增大，可以抑制芯片大小或成本。
在上述的结构中，通过由来自控制电路16的公共时钟脉冲来开关动作晶体管Q3、Q4，在彼此相同的期间中变为导通状态。与此相对，例如，还可以是分别设置向晶体管Q3的栅极供给时钟脉冲的电流路径控制电路和向晶体管Q4的栅极供给时钟脉冲的充电控制电路，用不同的时钟脉冲使Q3、Q4开关动作的结构。该情况下，Q4的导通期间可以包含在Q3的导通期间中。由此，在通过Q3的导通决定了连接点P的电压后，将电容器C连接到连接点P，另一方面，从连接器P切断电容器C后，停止在电阻分压电路中流过的电流。由此，在电容器C上施加了稳定的连接点P的电压。
另外，在上述的结构中，通过由Q3构成的开关的断路来进行构成电阻分压电路的R1和R2的电流的控制，但是并不限于该结构，也可采用周期性地接通·截断流过R1和R2的电流的其他控制机构。例如，也可接通·截断调节器14的电压输出本身。

Claims (7)

1.一种基准电压生成电路，其中具有：
两个参考电源，其分别产生规定电压；
电路路径，其包含在所述两个参考电源之间彼此串联连接的第一电阻和第二电阻；
偏压电流控制电路，其周期性地接通·截断流过所述电流路径的偏压电流；
电容器，其将一个端子连接到所述第一电阻和所述第二电阻的连接点及电压输出端子；
充电开关，其被插入到所述电容器和所述连接点之间；和
充电控制电路，其连动于所述偏压电流的接通·截断控制来断续控制所述充电开关，以控制所述电容器的充电；
从所述电压输出端子输出基准电压。
2.一种基准电压生成电路，其中具有：
两个参考电源，其分别产生规定电压；
电路路径，其包含在所述两个参考电源之间彼此串联连接的第一电阻和第二电阻；
电流路径开关，其串联插入所述电流路径中；
电流路径控制电路，其周期性地断续控制所述电流路径；
电容器，其将一个端子连接到所述第一电阻和所述第二电阻的连接点及电压输出端子上；
充电开关，其插入到所述电容器和所述连接点之间；和
充电控制电路，其连动于所述偏压电流的断续控制，而周期性地断续控制所述充电开关；
从所述电压输出端子输出基准电压。
3.根据权利要求2所述的基准电压生成电路，其特征在于，
分别由晶体管构成所述电流路径开关和所述充电开关。
4.根据权利要求3所述的基准电压生成电路，其特征在于，
所述电流路径控制电路和所述充电控制电路向所述各晶体管的栅极端子供给公共的时钟信号，以接通·截断控制该各晶体管的导通。
5.根据权利要求2或3所述的基准电压生成电路，其特征在于，
所述充电控制电路仅在包含于所述电流路径开关为接通状态的期间中并被设置的充电期间内，使充电开关为接通状态。
6.一种基准电流生成电路，其使用了权利要求1-5中任一项所述的基准电压生成电路，其中具有：
阻抗转换放大器，其从所述电压输出端子输入所述基准电压；和
电流反射镜电路，其连接到所述阻抗转换放大器的输出端子；
所述电流反射镜电路具有基准电阻，其将所述基准电压施加到一个端子，并根据该基准电压来设置该电流反射镜电路的输入电流；
输出对应于该电流反射镜电路的输出电流的基准电流。
7.根据权利要求6所述的基准电压生成电路，其特征在于，
所述阻抗转换放大器由运算放大器构成；
所述运算放大器将第一输入端子连接到所述电压输出端子上，将第二输入端子连接到所述基准电阻的所述一个端子上，且将输出端子连接到与所述基准电阻相连并构成所述电流反射镜电路的输入晶体管的电流控制端子上。
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