DE10057844A1 - Verfahren zum Abgleichen eines BGR-Schaltkreises und BGR-Schaltkreis - Google Patents
Verfahren zum Abgleichen eines BGR-Schaltkreises und BGR-SchaltkreisInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches zum Abgleichen eines BGR-Schaltkreises dient. In einem ersten Abgleichschritt wird ein Offset-Abgleich eines Spannungsdifferenzverstärkers bei einer vorgegebenen Temperatur vorgenommen. In einem zweiten Abgleichschritt wird die von dem BGR-Schaltkreis erzeugte Referenzspannung auf einen vorgegebenen Wert der Referenzspannung bei der vorgegebenen Temperatur durch Einstellen eines veränderbaren Widerstands einer äußeren Beschaltung des Spannungsdifferenzverstärkers geregelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen eines
BGR-Schaltkreises sowie einen nach dem Verfahren abgleichba
ren BGR-Schaltkreis.
Schaltungen, welche eine von Temperatur- und Versorgungsspan
nungsschwankungen unabhängige, konstante Ausgangsspannung er
zeugen, werden in der Halbleiterschaltungstechnik in vielfäl
tiger Weise benötigt. Sie werden sowohl in analogen, digita
len als auch in analog-digital-gemischten Schaltkreisen ein
gesetzt. Ein häufig verwendeter Typ solcher Schaltungen sind
die sogenannten BGR-Schaltkreise (Bandgap-Reference-Schalt
kreise).
Das Grundprinzip eines BGR-Schaltkreises besteht darin, zwei
Teilsignale (Spannungen oder Ströme), die ein gegenläufiges
Temperaturverhalten aufweisen, zu addieren. Während eines der
beiden Teilsignale mit zunehmender Temperatur fällt, steigt
das andere Teilsignal mit zunehmender Temperatur an. Aus der
Summe der beiden Teilsignale wird dann die über einen gewis
sen Bereich temperaturkonstante Ausgangsspannung abgeleitet.
Die Ausgangsspannung eines BGR-Schaltkreises wird gemäß übli
chem Sprachgebrauch im folgenden auch als Referenzspannung
bezeichnet.
Ein bei BGR-Schaltkreisen bekanntes Problem besteht darin,
daß Schaltkreise derselben Herstellungsreihe unterschiedliche
Referenzspannungen aufweisen. In der Praxis ist es daher häu
fig erforderlich, den BGR-Schaltkreis zur Erzielung einer
ausreichenden Genauigkeit hinsichtlich des gewünschten abso
luten Referenzspannungswerts und/oder der gewünschten Tempe
raturkonstanz der Referenzspannung abzugleichen.
BGR-Schaltkreise weisen sowohl passive Bauelemente, z. B. Wi
derstände, als auch aktive Bauelemente, zumeist in Form eines
Differenz- oder Operationsverstärkers, auf. Ein Abweichen der
Referenzspannung von dem idealen, berechneten Wert und von
einem konstanten Temperaturverhalten geht auf eine fehlende
Anpassung der passiven und aktiven Bauelemente zurück.
Das Ziel eines Abgleichs eines BGR-Schaltkreises besteht dar
in, einerseits eine Abweichung des bei einer bestimmten Tem
peratur erhaltenen Referenzspannungswerts von einem bezüglich
dieser Temperatur berechneten Wert zu minimieren und anderer
seits die Temperaturcharakteristik der Referenzspannung zu
optimieren, d. h. eine flache Spannungs-Temperatur-Kennlinie
zu erhalten.
Zum Abgleichen von BGR-Schaltkreisen sind bisher die folgen
den Verfahren bekannt:
Bei einem ersten bekannten Verfahren wird eine Offset-Kompen sation direkt an dem den Offset erzeugenden Verstärker vorge nommen. Die meisten Operationsverstärker weisen hierfür ge eignete Stelleingänge auf. Durch eine Offset-Kompensation wird der dominierende Fehleranteil der Abweichung zwischen dem am Ausgang der Schaltung erhaltenen Referenzspannungswert und dem berechneten Wert eliminiert. Nachteilig ist jedoch, daß in der Regel eine Restabweichung der genannten Größen be stehen bleibt und daß keine optimale Temperaturcharakteristik der Referenzspannung erhalten wird, sondern im Gegenteil häu fig die Temperaturcharakteristik durch diesen Schritt sogar verschlechtert wird.
Bei einem ersten bekannten Verfahren wird eine Offset-Kompen sation direkt an dem den Offset erzeugenden Verstärker vorge nommen. Die meisten Operationsverstärker weisen hierfür ge eignete Stelleingänge auf. Durch eine Offset-Kompensation wird der dominierende Fehleranteil der Abweichung zwischen dem am Ausgang der Schaltung erhaltenen Referenzspannungswert und dem berechneten Wert eliminiert. Nachteilig ist jedoch, daß in der Regel eine Restabweichung der genannten Größen be stehen bleibt und daß keine optimale Temperaturcharakteristik der Referenzspannung erhalten wird, sondern im Gegenteil häu fig die Temperaturcharakteristik durch diesen Schritt sogar verschlechtert wird.
Bei einem zweiten bekannten Verfahren wird die Ausgangsspan
nung des Schaltkreises (d. h. die Referenzspannung) über einen
regelbaren Widerstand oder ein anderes passives Bauelement
der Schaltung direkt auf den berechneten Wert eingestellt.
Auf diese Weise wird bei der Temperatur, bei welcher die Ein
stellung erfolgt, der korrekte Spannungswert erzielt. Nachteilig
ist, daß bei diesem Verfahren eine optimale Tempera
turkonstanz der Referenzspannung nicht garantiert werden
kann.
BGR-Schaltkreise, die höchsten Anforderungen bezüglich des
Absolutwertes und der Temperaturkonstanz der Referenzspannung
genügen müssen, müssen sowohl in Hinblick auf ihren Absolut
wert (welcher durch den Offset-Fehler dominiert wird) als
auch in Hinblick auf ihr Temperaturverhalten optimiert wer
den. Solche BGR-Schaltkreise müssen bei zwei unterschiedli
chen Temperaturen abgeglichen werden. Nachteilig ist der
hierfür erforderliche hohe Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durch
führbares Abgleichverfahren für BGR-Schaltkreise anzugeben,
mit welchem sich eine gute Temperaturkonstanz der Referenz
spannung und eine gute Übereinstimmung des Referenzspannungs
wertes mit einem erwarteten bzw. berechneten Spannungswert
erreichen lassen. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, einen
einfach abgleichbaren BGR-Schaltkreis zu schaffen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird
durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Demnach umfaßt das erfindungsgemäße Abgleichverfahren nach
Anspruch 1 zwei nacheinander durchzuführende Abgleichschrit
te: In einem ersten Abgleichschritt wird ein Offset-Abgleich
des Spannungsdifferenzverstärkers bei einer vorgegebenen Tem
peratur durchgeführt. In einem zweiten Abgleichschritt wird
dann der Wert der Referenzspannung, welcher bei dem ersten
Abgleichschritt erhalten wurde, auf den vorgegebenen (d. h.
berechneten) Wert der Referenzspannung für diese Schaltung
eingestellt.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt
darin, daß die beiden Abgleichschritte bei ein und derselben
Temperatur durchgeführt werden und dabei (dennoch) ein Abgleich
sowohl in Hinblick auf den Absolutwert als auch die
Temperaturcharakteristik der erhaltenen Referenzspannung her
beigeführt wird.
Mit dem Begriff "Spannungsdifferenzverstärker" ist jeder Typ
eines Verstärkers gemeint, der zur Verstärkung einer Span
nungsdifferenz ausgelegt ist. Insbesondere umfaßt der Begriff
einen Differenzverstärker und einen Operationsverstärker.
Eine vorteilhafte Vorgehensweise bei der Durchführung des er
sten Abgleichschrittes kennzeichnet sich dadurch, daß dieser
Schritt die Teilschritte Kurzschließen der Eingänge des Span
nungsdifferenzverstärkers und Regeln der Ausgangsspannung des
Spannungsdifferenzverstärkers auf einen vorgegebenen Span
nungswert umfaßt. Der vorgegebene Spannungswert kann insbe
sondere die Gleichtaktspannung (Common Mode Voltage) sein,
welche das Mittel aus dem positiven und dem negativen Poten
tial der Betriebsspannung des Spannungsdifferenzverstärkers
ist. Der Spannungsdifferenzverstärker wird bei dem Offset-
Abgleich vorzugsweise als Komparator betrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach Anspruch 5 lassen
sich die Eingänge des Spannungsdifferenzverstärkers durch das
erste Schaltmittel von der äußeren Beschaltung trennen und
durch das zweite Schaltmittel kurzschließen. In dieser Konfi
guration des Schaltkreises kann dann der Kurzschlußabgleich
des Spannungsdifferenzverstärkers zur Offset-Korrektur vorge
nommen werden. Anschließend lassen sich die Eingänge des
Spannungsdifferenzverstärkers durch das erste Schaltmittel
wieder mit der äußeren Beschaltung verbinden und der Kurz
schluß der Eingänge kann durch das zweite Schaltmittel aufge
hoben werden. In dieser Konfiguration des Schaltkreises kann
nun durch Verstellen des Widerstands des mindestens einen
Bauelements mit einstellbarem Widerstand der Abgleich der
Ausgangsspannung der Schaltung auf den vorgegebenen Wert der
Referenzspannung durchgeführt werden. Durch diesen Abgleich
wird bewirkt, daß sich in einem gewissen Bereich um die vorgegebene
Temperatur herum eine nahezu konstante, d. h. tempe
raturunabhängige Referenzspannung einstellt.
Die Vorteile dieses BGR-Schaltkreises bestehen darin, daß
sich mit derselben Schaltung sowohl der Spannungsoffset des
Spannungsdifferenzverstärkers kompensieren als auch der Ab
gleich der passiven Bauelemente der Schaltung durchführen
läßt.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
Fig. 1A ein Schaubild, in welchem die Referenzspannung über
der Temperatur aufgetragen ist, zur Erläuterung des
Offset-Fehlers;
Fig. 1B ein Schaubild, in welchem die Referenzspannung über
der Temperatur aufgetragen ist, zur Erläuterung des
Temperaturcharakteristik-Fehlers;
Fig. 2 ein Schaubild, in welchem die Referenzspannung über
der Temperatur aufgetragen ist, zur Erläuterung der
erfindungsgemäßen Kompensation des Offset-Fehlers;
Fig. 3 ein Schaubild, in welchem die Referenzspannung über
der Temperatur aufgetragen ist, zur Erläuterung der
erfindungsgemäßen Kompensation des Temperaturcharak
teristik-Fehlers; und
Fig. 4 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen BGR-Schalt
kreises.
Die Fig. 1A und 1B verdeutlichen die zwei wesentlichen Effek
te, die für das Auftreten von Abweichungen zwischen der er
haltenen Referenzspannung und der berechneten Referenzspan
nung verantwortlich sind.
Fig. 1A zeigt den Fall, daß die von einem nicht abgeglichenen
BGR-Schaltkreis ausgegebene, auf der Y-Achse aufgetragene Re
ferenzspannung über den gesamten betrachteten Temperaturbe
reich (X-Achse) entweder höher (Referenzspannungskurve RS+)
oder tiefer (Referenzspannungskurve RS-) als die berechnete
ideale Referenzspannungskurve RS0 verläuft, jedoch in bezug
auf ihr Temperaturverhalten einen optimal flachen und bezüg
lich der Raum- oder Einsatztemperatur TR symmetrischen Ver
lauf aufweist. Dieser Effekt wird hauptsächlich durch einen
Offset im Spannungsdifferenzverstärker bewirkt. Er wird im
folgenden als Offset-Fehler bezeichnet und ist in der Regel
der dominante Fehleranteil bei nicht abgeglichenen BGR-
Schaltkreisen.
Fig. 1B zeigt den Fall, daß die Referenzspannung entweder ei
ne mit zunehmender Temperatur steigende Charakteristik
(Referenzspannungskurve RSd+) oder eine mit zunehmender Tem
peratur fallende Charakteristik (Referenzspannungskurve RSd-)
aufweist. Diesem Effekt liegt hauptsächlich eine fehlende An
passung der passiven Bauelemente des BGR-Schaltkreises zu
grunde. Er wird im folgenden auch als Temperaturcharakteri
stik-Fehler bezeichnet.
Bei einem nicht abgeglichenen BGR-Schaltkreis treten die bei
den anhand der Fig. 1A und 1B erläuterten Fehler gemeinsam
auf.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen die zwei Abgleichschritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zum Ziel hat, die
erläuterten Fehler zu eliminieren.
Fig. 2 verdeutlicht den ersten erfindungsgemäßen Abgleich
schritt AS1. Die Referenzspannungskurve RSOT ist sowohl mit
einem Offset-Fehler als auch mit einem Temperaturcharakteri
stik-Fehler behaftet. Durch einen Offset-Abgleich des Span
nungsdifferenzverstärkers bei der Raum- oder Einsatztempera
tur TR wird der Offset-Fehler eliminiert, so daß die Referenzspannungskurve
RSOT parallel zur X-Achse in Richtung der
berechneten idealen Referenzspannungskurve RS0 verschoben
wird. Jedoch entsteht bei diesem Schritt nicht die optimale
Temperaturcharakteristik (d. h. die dadurch erzeugte Referenz
spannungskurve RST unterscheidet sich in ihrer Temperaturcha
rakteristik noch von der berechneten idealen Referenzspan
nungskurve RS0), da die Fehler der passiven Bauelemente des
BGR-Schaltkreises nicht kompensiert werden.
Fig. 3 verdeutlicht den zweiten erfindungsgemäßen Abgleich
schritt AS2. Dabei wird der Temperaturcharakteristik-Fehler
der Referenzspannungskurve RST eliminiert, indem ein Abgleich
der Referenzspannung auf den vorgegebenen Wert der Referenz
spannung bei der Raum- oder Einsatztemperatur TR durchgeführt
wird. Dadurch wird die Temperaturcharakteristik der Referenz
spannungskurve RST an die berechnete ideale Referenzspan
nungskurve RS0 angepaßt, so daß beide Referenzspannungskurven
anschließend den gleichen Verlauf aufweisen.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen BGR-Schaltkreis, welcher
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet
und ausgelegt ist. Der invertierende Eingang eines Operati
onsverstärkers OP1 ist über einen Schalter S1 mit einem Kno
ten K1 eines ersten Schaltungszweigs einer äußeren Beschal
tung des Operationsverstärkers OP1 verbunden. Der nicht-
invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP1 steht
über einen Schalter S2 mit einem Knoten K2 eines zweiten
Schaltungszweigs der äußeren Beschaltung des Operationsver
stärkers OP1 in Verbindung. Die zwei Schaltungszweige er
strecken sich jeweils von einem gemeinsamen festen Potential,
insbesondere einer Masse VSS, bis zu einem gemeinsamen Knoten
K3. Von dort sind sie über einen Schalter S3 mit dem Ausgang
des Operationsverstärkers OP1 verbunden.
Der erste Schaltungszweig weist zwischen dem Knoten K1 und
dem gemeinsamen Knoten K3 einen Widerstand R1 auf. Im zweiten
Schaltungszweig befindet sich zwischen den Knoten K2 und K3
ein Widerstand R2.
Des weiteren steht der Knoten K1 über einen einstellbaren Wi
derstand R0 mit dem Kollektoranschluß eines Bipolartransi
stors T1 des ersten Schaltungszweigs in Verbindung. Der Ba
sisanschluß des Bipolartransistors T1 ist ebenfalls mit sei
nem Kollektoranschluß verbunden, während der Emitteranschluß
auf der Masse VSS liegt. Der Knoten K2 ist mit dem Kollektor-
und dem Emitteranschluß eines Bipolartransistors T2 des zwei
ten Schaltungszweigs verbunden. Der Emitteranschluß des Bipo
lartransistors T2 liegt wieder auf der Masse VSS.
Der invertierende und der nicht-invertierende Eingang des
Operationsverstärkers OP1 lassen sich über einen Schalter S4
kurzschließen. Die in Fig. 4 dargestellte Konstantspannungs
quelle Vdc repräsentiert die Gleichtaktspannung, welche durch
das Mittel der Betriebspannungspotentiale gegeben ist. Am
Ausgang des Operationsverstärkers OP1 läßt sich eine Refe
renzspannung Vref abgreifen. An den Anschlüssen des Operati
onsverstärkers OP1 zum Offset-Abgleich liegt ein einstellba
rer Widerstand Roffset an.
Zum Offset-Abgleich des Operationsverstärkers OP1 befinden
sich die Schalter S4 und S5 in der geschlossenen Schaltstel
lung und die Schalter S1, S2 und S3 sind geöffnet. Dadurch
wird die äußere Beschaltung von dem Operationsverstärker OP1
abgetrennt. In dieser Konfiguration des Schaltkreises wird
der Operationsverstärker OP1 als Komparator betrieben. Durch
Einstellen des einstellbaren Widerstands Roffset wird der
Operationsverstärker OP1 abgeglichen, wobei der optimale
Offset-Abgleich durch den Kippunkt des Komparators gekenn
zeichnet ist. Dieser entspricht der Gleichtaktspannung, d. h.
ist z. B. bei symmetrischen Betriebsspannungspotentialen 0 V
oder weist bei Betriebsspannungspotentialen von z. B. 0 V und
2,4 V einen Wert von 1,2 V auf. Der Abgleich erfolgt bei ei
ner vorgegebenen Raum- oder Einsatztemperatur TR. Aufgrund
dieses Offset-Abgleichs weist die Referenzspannung Vref beim
späteren Betrieb des BGR-Schaltkreises keinen von dem Opera
tionsverstärker OP1 verursachten Offset-Fehler auf.
Nach erfolgtem Offset-Abgleich des Operationsverstärkers OP1
werden die Schalter S4 und S5 geöffnet und die Schalter S1,
S2 und S3 geschlossen. In dieser Schalterstellung kann der
einstellbare Widerstand R0 bei der vorgegebenen Raum- oder
Einsatztemperatur TR so eingestellt werden, daß die Referenz
spannung Vref den Wert einer vorgegebenen Referenzspannung
annimmt. Durch diese Maßnahme wird der Temperaturcharakteri
stik-Fehler eliminiert, so daß die Referenzspannung Vref über
einen gewissen Temperaturbereich um die Raum- oder Einsatz
temperatur TR herum einen konstanten Verlauf aufweist.
Im folgenden wird die Funktionsweise des in Fig. 4 darge
stellten BGR-Schaltkreises erläutert.
In dem Schaltbild treten folgende Ströme und Spannungen auf:
Ic1: Kollektorstrom des Bipolartransistors T1
Ic2: Kollektorstrom des Bipolartransistors T2
Vbe1: Basis-Emitter-Spannung des Bipolartransistors T1
Vbe2: Basis-Emitter-Spannung des Bipolartransistors T2
VR0: An dem einstellbaren Widerstand R0 abfallende Spannung
VR1: An dem Widerstand R1 abfallende Spannung
VR2: An dem Widerstand R2 abfallende Spannung
Ic1: Kollektorstrom des Bipolartransistors T1
Ic2: Kollektorstrom des Bipolartransistors T2
Vbe1: Basis-Emitter-Spannung des Bipolartransistors T1
Vbe2: Basis-Emitter-Spannung des Bipolartransistors T2
VR0: An dem einstellbaren Widerstand R0 abfallende Spannung
VR1: An dem Widerstand R1 abfallende Spannung
VR2: An dem Widerstand R2 abfallende Spannung
Die am Ausgang der Operationsverstärkers OP1 anliegende Span
nung Vref läßt sich durch die an dem Widerstand R2 abfallende
Spannung VR2 und die Basis-Emitter-Spannung Vbe2 des Bipolar
transistors T2 ausdrücken:
Vref = VR2 + Vbe2 (1)
Die an einem Bipolartransistor zwischen Basis und Emitter ab
fallende Spannung weist eine Temperaturabhängigkeit auf. Beispielsweise
beträgt der Temperaturkoeffizient dieser Basis-
Emitter-Spannung bei einer Temperatur von 300 K und einer an
liegenden Spannung von 0,6 V etwa -2 mV/K. Um eine tempera
turstabilisierte Referenzspannung Vref zu erhalten, muß zu
der Basis-Emitter-Spannung eine Spannung mit betragsmäßig
gleich großem Temperaturkoeffizienten, aber entgegengesetztem
Vorzeichen addiert werden. Das bedeutet, daß die an dem Wi
derstand R2 abfallende Spannung VR2 bei einer Temperatur von.
300 K einen Temperaturkoeffizienten von +2 mV/K aufweisen
muß. Diese temperaturabhängige Spannung wird unter Zuhilfe
nahme des Bipolartransistors T1 erzeugt.
Um dieses ersichtlich zu machen, müssen noch verschiedene Ma
schengleichungen des in Fig. 4 dargestellten BGR-
Schaltkreises aufgestellt werden. Es gelten des weiteren:
Vref = VR1 + Vbe2 (2)
VR0 = Vbe2 - Vbe1 (3)
Zur Aufstellung von Gleichung (3) für die an dem einstellba
ren Widerstand R0 abfallende Spannung VR0 muß berücksichtigt
werden, daß zwischen dem invertierenden und dem nicht-
invertierenden Eingang eines idealen Operationsverstärkers
keine Spannung abfällt. Ebenso fließen durch diese Eingänge
eines idealen Operationsverstärkers keine Ströme. Daher wird
der Widerstand R1 von dem gleichen Strom Ic1 wie der ein
stellbare Widerstand R0 durchflossen, und es gilt:
VR1/R1 = VR0/R0 (4)
Setzt man Gleichungen (2) und (3) in Gleichung (4) ein, so
erhält man:
Vref = Vbe2 + (R1/R0).(Vbe2 - Vbe1) (5)
Aus dem Vergleich von Gleichung (5) mit Gleichung (1) wird
ersichtlich, daß der zweite Summand der rechten Seite von
Gleichung (5) die Spannung VR2 darstellt.
Die temperaturabhängigen Kollektorströme Ic1 und Ic2 der Bi
polartransistoren T1 bzw. T2 hängen exponentiell von den Ba
sis-Emitter-Spannungen Vbe1 bzw. Vbe2 sowie von einer soge
nannten Temperaturspannung VT ab:
Icx = Isx.(exp(Vbex/VT) - 1) mit x = 1, 2 (6)
Hierbei steht Isx für den Sperrstrom des jeweiligen Bipolar
transistors T1 bzw. T2. Für die Temperaturspannung VT gilt
folgende Abhängigkeit von der absoluten Temperatur T in Kel
vin:
VT = k.T/q, (7)
wobei k die Boltzmann-Konstante (1,38.10-23 J/K) und q die
Elementarladung (1,6.10-19 C) bezeichnen. Umformen von Glei
chung (6) liefert für Vbex << k.T/q:
Vbex = VT.ln(Icx/Isx) (8)
Wendet man diese Gleichung auf den in Fig. 4 dargestellten
BGR-Schaltkreis an und berücksichtigt, daß
VR1 = VR2 (9)
gilt, so ergibt sich für Gleichung (3):
VR0 = Vbe2 - Vbe1 = VT.ln(R1/R2) (10)
Bei dieser Gleichung wurde vorausgesetzt, daß die beiden Bi
polartransistoren T1 und T2 baugleich sind und demnach den
gleichen Sperrstrom Isx aufweisen. Gleichung (10) kann nun in
Gleichung (5) eingesetzt werden:
Vref = Vbe2 + (R1/R0).VT.ln(R1/R2) (11)
Vref = Vbe2 + (R1/R0).VT.ln(R1/R2) (11)
Wie oben schon beschrieben wurde, weist die Basis-Emitter-
Spannung Vbe2 einen Temperaturkoeffizienten von -2 mV/K auf.
Aus Gleichung (7) geht hervor, daß die Temperaturspannung VT
einen Temperaturkoeffizienten von +0,086 mV/K besitzt. Durch
geeignete Wahl der Widerstände R0, R1 und R2 kann der zweite
Summand der rechten Seite von Gleichung (11) derart ausgelegt
werden, daß er einen Temperaturkoeffizienten von +2 mV/K be
sitzt.
Zusammengefaßt werden durch den erfindungsgemäßen BGR-
Schaltkreis zwei Spannungen erzeugt, die entgegengesetzte,
aber betragsmäßig gleich große Temperaturkoeffizienten auf
weisen. Durch die Addition dieser beiden Spannungen erhält
man eine temperaturstabilisierte Referenzspannung. Aufgrund
von Inhomogenitäten unter den gleichen Bauelementen, die für
die verschiedenen BGR-Schaltkreise der gleichen Herstellungs
reihe verwendet werden, kommt es zu Abweichungen vom idealen
Wert der Referenzspannung und vom idealen Temperaturverhalten
der Referenzspannung. Der erfindungsgemäße BGR-Schaltkreis
erlaubt es, derartige Inhomogenitäten durch Spannungsabglei
che sowohl des verwendeten Operationsverstärkers als auch der
eingebauten Widerstände zu kompensieren.
Claims (12)
1. Verfahren zum Abgleichen einer Schaltung zum Erzeugen ei
ner temperaturstabilisierten Referenzspannung (Vref) auf ei
nen vorgegebenen Wert der Referenzspannung, wobei die Schal
tung einen Spannungsdifferenzverstärker (OP1) und eine dem
Spannungsdifferenzverstärker (OP1) zugeordnete äußere Be
schaltung mit mindestens einem Bauelement mit veränderbarem
Widerstand (R0) umfaßt, mit den Schritten:
- a) Durchführen eines Offset-Abgleichs des Spannungsdiffe renzverstärkers (OP1) bei einer vorgegebenen Temperatur (TR); und nachfolgend
- b) Durchführen eines Abgleichs der Referenzspannung auf den vorgegebenen Wert der Referenzspannung bei derselben vor gegebenen Temperatur (TR) durch Einstellen des veränder baren Widerstands (R0) des mindestens einen Bauelements.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt (a) die Teilschritte aufweist:
- 1. Kurzschließen der Eingänge des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1); und
- 2. Regeln der Ausgangsspannung des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1) auf einen vorgegebenen Spannungswert.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Spannungsdifferenzverstärker (OP1) in Schritt (a2) als Komparator betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt (b) die Teilschritte aufweist:
- 1. Messen der Referenzspannung (Vref) der Schaltung; und
- 2. Verstellen des veränderbaren Widerstands (R0) des minde stens einen Bauelements, bis die gemessene Referenzspan nung (Vref) den vorgegebenen Wert der Referenzspannung annimmt.
5. Schaltung zum Erzeugen einer temperaturstabilisierten Re
ferenzspannung, welche
einen Spannungsdifferenzverstärker (OP1) mit einem inver tierenden und einem nicht-invertierenden Eingang, welchem ein Mittel zur Offset-Korrektur (Roffset) zugeordnet ist, und
eine äußere Beschaltung des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1), welche mit dem invertierenden und dem nicht-inver tierenden Eingang und dem Ausgang des Spannungsdifferenz verstärkers (OP1) in Verbindung steht, umfaßt, wobei die äußere Beschaltung
einen Spannungsdifferenzverstärker (OP1) mit einem inver tierenden und einem nicht-invertierenden Eingang, welchem ein Mittel zur Offset-Korrektur (Roffset) zugeordnet ist, und
eine äußere Beschaltung des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1), welche mit dem invertierenden und dem nicht-inver tierenden Eingang und dem Ausgang des Spannungsdifferenz verstärkers (OP1) in Verbindung steht, umfaßt, wobei die äußere Beschaltung
- - derart aufgebaut ist, daß die Summe mindestens zweier Teilsignale, deren Charakteristiken bezüglich der Tempe ratur unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, der Aus gangsspannung des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1) entspricht,
- - mindestens ein Bauelement mit veränderbarem Widerstand (R0) umfaßt, mittels welchem die Temperaturcharakteristik mindestens einer der mindestens zwei Teilsignale beein flußbar ist, sowie
- - ein erstes Schaltmittel (S1, S2) zur Trennung der Eingän ge des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1) von der äuße ren Beschaltung, und
- - ein zweites Schaltmittel (S4) zum Kurzschließen der Ein gänge des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1)
6. Schaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Beschaltung zwei Schaltungszweige umfaßt, welche sich von einem gemeinsamen festen Potential, insbe sondere Masse (VSS), zum Ausgang des Spannungsdifferenz verstärkers (OP1) erstrecken,
daß der invertierende Eingang des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1) über einen ersten Schalter (S1) des ersten Schaltmittels (S1, S2) an einem Knoten K1 des ersten Schaltungszweigs liegt, und
daß der nicht-invertierende Eingang des Spannungsdiffe renzverstärkers (OP1) über einen zweiten Schalter (S2) des ersten Schaltmittels (S1, S2) an einem Knoten K2 des zwei ten Schaltungszweigs liegt.
daß die äußere Beschaltung zwei Schaltungszweige umfaßt, welche sich von einem gemeinsamen festen Potential, insbe sondere Masse (VSS), zum Ausgang des Spannungsdifferenz verstärkers (OP1) erstrecken,
daß der invertierende Eingang des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1) über einen ersten Schalter (S1) des ersten Schaltmittels (S1, S2) an einem Knoten K1 des ersten Schaltungszweigs liegt, und
daß der nicht-invertierende Eingang des Spannungsdiffe renzverstärkers (OP1) über einen zweiten Schalter (S2) des ersten Schaltmittels (S1, S2) an einem Knoten K2 des zwei ten Schaltungszweigs liegt.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der zwei Schaltungszweige jeweils eine Transi
storschaltung (T1, T2) umfaßt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Knoten K1 und K2 jeweils mit dem Ausgang des Span
nungsdifferenzverstärkers (OP1) über einen Widerstand (R1,
R2) verbunden sind.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der zwei Knoten K1 und K2 über das mindestens eine Bauelement mit veränderbarem Widerstand (R0) mit dem Kollektoranschluß eines ersten Transistors (T1) verbunden ist, dessen Basisanschluß mit seinem Kollektoranschluß verbunden ist und dessen Emitteranschluß auf dem gemeinsa men festen Potential liegt, und
daß der andere der zwei Knoten K1 und K2 mit dem Kollek toranschluß eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, dessen Basisanschluß mit seinem Kollektoranschluß verbun den ist und dessen Emitteranschluß auf dem gemeinsamen fe sten Potential liegt.
daß einer der zwei Knoten K1 und K2 über das mindestens eine Bauelement mit veränderbarem Widerstand (R0) mit dem Kollektoranschluß eines ersten Transistors (T1) verbunden ist, dessen Basisanschluß mit seinem Kollektoranschluß verbunden ist und dessen Emitteranschluß auf dem gemeinsa men festen Potential liegt, und
daß der andere der zwei Knoten K1 und K2 mit dem Kollek toranschluß eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, dessen Basisanschluß mit seinem Kollektoranschluß verbun den ist und dessen Emitteranschluß auf dem gemeinsamen fe sten Potential liegt.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der beiden Eingänge des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1) mit einer Konstantspannungsquelle (Vdc) verbindbar ist, und
daß die Schaltung dritte Schaltmittel (S5) zur Trennung dieses Eingangs des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1) von der Konstantspannungsquelle (Vdc) aufweist.
daß einer der beiden Eingänge des Spannungsdifferenzver stärkers (OP1) mit einer Konstantspannungsquelle (Vdc) verbindbar ist, und
daß die Schaltung dritte Schaltmittel (S5) zur Trennung dieses Eingangs des Spannungsdifferenzverstärkers (OP1) von der Konstantspannungsquelle (Vdc) aufweist.
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Spannungsdifferenzverstärker (OP1) um
einen Operationsverstärker handelt.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zur Offset-Korrektur (Roffset) ein einstell
barer Trimmwiderstand ist.
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