DE102004002423B4 - Bandabstand-Referenzschaltung - Google Patents

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    • G05F3/30—Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities

Abstract

Bandabstand-Referenzschaltung, mit einem ersten Schaltungsabschnitt (1), welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine temperaturproportionale Spannung erzeugt, und mit einem zweiten Schaltungsabschnitt (2), welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine invers-temperaturproportionale Spannung erzeugt, wobei sowohl der erste Schaltungsabschnitt (1) als auch der zweite Schaltungsabschnitt (2) eine Bipolar-Transistorschaltung mit jeweils mehreren derart verschalteten Bipolar-Transistoren (Q1–Q4; Q5–Q8) aufweist, dass sowohl von dem ersten Schaltungsabschnitt (1) die temperaturproportionale Spannung als auch von dem zweiten Schaltungsabschnitt (2) die invers-temperaturproportionale Spannung als Kombination aus mehreren Basis-Emitter-Spannungen der jeweiligen Bipolar-Transistoren (Q1–Q4, Q5–Q8) erzeugt wird, und wobei der erste Schaltungsabschnitt (1) und der zweite Schaltungsabschnitt (2) derart miteinander gekoppelt sind, dass an einem Ausgangsanschluss der Bandabstand-Referenzschaltung eine Bandabstand-Referenzspannung (Ubg) als Kombination der temperaturproportionalen Spannung des ersten Schaltungsabschnitts (1) und der invers-temperaturproportionalen Spannung des zweiten Schaltungsabschnitts (2) abgreifbar ist, wobei der Kollektor eines ersten Bipolar-Transistors (Q1) des ersten Schaltungsabschnitts (1) mit der Basis eines zweiten Bipolar-Transistors (Q2) und der Basis eines dritten Bipolar-Transistors (Q3) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei der Emitter des zweiten Bipolar-Transistors (Q2) des ersten Schaltungsabschnitts mit der Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q1) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei der Emitter des dritten Bipolar-Transistors (Q3) des ersten Schaltungsabschnitts (1) mit der Basis eines vierten Bipolar-Transistors (Q4) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei die temperaturproportionale Spannung am Emitter des vierten Bipolar-Transistors (Q4) des ersten Schaltungsabschnitts (1) abgreifbar ist, wobei der zweite Schaltungsabschnitt (2) einen ersten Bipolar-Transistor (Q5), einen zweiten Bipolar-Transistor (Q6) und einen dritten Bipolar-Transistor (Q7) umfasst, wobei der Emitter des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) über einen Widerstand (Rt2) mit dem Kollektor des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei jeweils der Kollektor und die Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q5) und des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) miteinander verbunden sind, ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bandabstand-Referenzschaltung, welche zur Bereitstellung einer Bandabstandspannung, insbesondere in Form einer Basis-Emitter-Spannung eines Bipolar-Transistors, als hochgenaue Referenzspannung dient.
  • Bandabstand-Referenzschaltungen („Bandgap Reference Circuits”) weisen herkömmlicherweise einen Bipolar-Transistor auf, wobei aus der Basis-Emitter-Spannung des Bipolar-Transistors eine Bandabstand-Referenzspannung („Bandgap Reference Voltage”) abgeleitet und bereitgestellt wird. Bipolar-Transistoren weisen jedoch an ihren Basis- und Emitteranschlüssen parasitäre Widerstände auf, welche die jeweilige Basis-Emitter-Spannung, auf der die Funktion der Bandabstand-Referenzschaltung basiert, beeinflussen. Dies soll nachfolgend näher anhand von 4 erläutert werden.
  • 4 zeigt einen Bipolar-Transistor mit einem parasitären Basiswiderstand Rb und einem parasitären Emitterwiderstand Re, wobei der Bipolar-Transistor mit einem Kollektorstrom Ic betrieben wird. Die Basis-Emitter-Spannung Ube des in 4 dargestellten Bipolar-Transistors ist wie folgt definiert:
    Figure DE102004002423B4_0002
  • Dabei bezeichnet Is den Sperrstrom des Bipolar-Transistors und β die Stromverstärkung des Bipolar-Transistors. Aus Formel (1) ist der Einfluss der parasitären Basis- und Emitterwiderstände auf die Basis-Emitter-Spannung ersichtlich. Diese parasitären Widerstände führen dazu, dass die entsprechende Bandabstand-Referenzschaltung durch parasitäre Temperaturkoeffizienten beeinflusst wird, welche nur schwer kontrollierbar sind und demzufolge zu einer Ungenauigkeit und Unsicherheit bei der Schaltungsfertigung führen.
  • Da sämtliche von den parasitären Widerständen stammende Spannungen auch auf den Kollektorstrom Ic bezogen sind, kann der Einfluss der parasitären Widerstände auf die Basis-Emitter-Spannung als von einem virtuellen Ersatzwiderstand Req am Emitter des Bipolar-Transistors stammend angesehen werden, wie es schematisch in 5 dargestellt ist. Für die Basis-Emitter-Spannung Ube ergibt sich dann in Abhängigkeit von dem Kollektorstrom Ic und dem Ersatzwiderstand Req:
    Figure DE102004002423B4_0003
  • Zur Beseitigung des Einflusses der parasitären Widerstände muss es demzufolge das Ziel sein, den Einfluss des in 5 gezeigten Ersatzwiderstandes Req auf die Basis-Emitter-Spannung Ube zu kompensieren, wobei hierzu herkömmlicherweise Basis-Emitter-Übergänge in Serie geschaltet werden.
  • Insbesondere ist hierzu bekannt, Bandabstand-Referenzschaltungen derart aufzubauen, dass eine temperaturproportionale Spannung, d. h. eine Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, zu einer Spannung, welche invers-temperaturproportional ist und demzufolge einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, derart addiert wird, dass die daraus resultierende Spannung einen vernachlässigbaren Temperaturkoeffizienten besitzt. Die temperaturproportionale Spannung kann dabei als Spannungsdifferenz zwischen zwei mit unterschiedlichen Stromdichten betriebenen Transistoren erhalten werden, während die Spannung mit dem negativen Temperaturkoeffizienten als Spannung über einen Basis-Emitter-Übergang erhalten wird.
  • Das zuvor erläuterte Prinzip soll nachfolgend näher unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden, wobei in 6 eine als Widlar-Bandabstand-Referenzschaltung bezeichnete Schaltungsanordnung dargestellt ist.
  • Die in 6 dargestellte Schaltungsanordnung besteht im Wesentlichen aus einem temperaturproportionalen ersten Schaltungsabschnitt 1, welcher auch als PTAT-Schaltungsabschnitt („Proportional To Absolute Temperature”) bezeichnet werden kann, und einem invers-temperaturproportionalen zweiten Schaltungsabschnitt 2, welcher als IPTAT-Schaltungsabschnitt („Inversely Proportional To Absolute Temperature”) bezeichnet werden kann. Der erste Schaltungsabschnitt 1 umfasst zwei wie in 6 dargestellt miteinander verschaltete Bipolar-Transistoren Q1 und Q2. Die Bipolar-Transistoren Q1 und Q2 sind darüber hinaus wie in 6 gezeigt mit Widerständen Rblas, Rt1 und Rt2 verschaltet. Der erste Schaltungsabschnitt 1 erzeugt einen temperaturproportionalen Strom, welcher über den Bipolar-Transistor Q2 und den Widerstand Rt2 fließt und dort eine Spannung
    Figure DE102004002423B4_0004
    erzeugt, die proportional zur absoluten Temperatur ist. Der zweite Schaltungsabschnitt 2 umfasst einen Bipolar-Transistor Q3, dessen Basis-Emitter-Spannung
    Figure DE102004002423B4_0005
    umgekehrt proportional zu der absoluten Temperatur ist.
  • Der Ausgang der Bandabstand-Referenzschaltung ist mit den beiden Schaltungsabschnitten 1, 2 derart gekoppelt, dass die daran abgreifbare Bandabstand-Referenzspannung Ubg durch die Summe der Spannungen
    Figure DE102004002423B4_0006
    und
    Figure DE102004002423B4_0007
    definiert ist.
  • Ungeachtet der Tatsache, dass mit Hilfe der in 6 gezeigten Bandabstand-Referenzschaltung eine Bandabstand-Referenzspannung mit einem weitgehend vernachlässigbaren Temperaturkoeffizienten erzeugt werden kann, sind die zuvor anhand von 4 und 5 erläuterten parasitären Widerstände weiterhin in der Schaltung enthalten und beeinflussen aufgrund ihrer Temperaturkoeffizienten die Basis-Emitter-Spannungen der jeweiligen Bipolar-Transistoren und demzufolge die Bandabstand-Referenzspannung der gesamten Schaltung.
  • Aus der EP 0 524 154 A2 ist eine Bandabstand-Referenzschaltung bekannt, welche zur Beseitigung des Einflusses von internen integrierten Widerständen ausgestaltet ist und eine stabile Bandabstand-Referenzspannung bereitstellen soll. Die Bandabstand-Referenzspannung wird dabei aus der Summe der Basis-Emitter-Spannungen von zwei Bipolar-Transistoren sowie der mit dem Verhältnis entsprechender Widerstände gewichteten Differenz der Basis-Emitter-Spannungen von zwei weiteren Bipolar-Transistoren erhalten. Durch entsprechende Dimensionierung der Schaltung kann der Einfluss der integrierten Widerstände auf die Bandabstand-Referenzspannung kompensiert werden.
  • Aus der JP H02-199 516 A ist eine weitere Bandabstand-Referenzschaltung zur Erzeugung einer Bandabstand-Referenzspannung bekannt, welche sich aus der Kombination von Basis-Emitter-Spannungen von zwei Bipolar-Transistoren, welche invers-temperaturproportional sind, und den Basis-Emitter-Spannungen von zwei weiteren Bipolar-Transistoren, welche temperaturproportional sind, zusammensetzt.
  • Die US 6 462 526 B1 offenbart eine Bandabstand-Referenzschaltung, wobei sich die Bandabstand-Referenzspannung aus der Summe von Basis-Emitter-Spannungen von zwei Bipolar-Transistoren abzüglich der Summe von Basis-Emitter-Spannungen von zwei weiteren Bipolar-Transistoren ergibt.
  • Aus der EP 1 132 795 A1 ist eine Bandabstand-Referenzschaltung mit einem ersten Schaltungsabschnitt zur Erzeugung einer temperaturproportionalen Spannung und einem zweiten Schaltungsabschnitt zur Erzeugung einer invers-temperaturproportionalen Spannung bekannt. Der erste Schaltungsabschnitt ist in Form eines sogenannten Doppel-Delta-Bereichs mit vier Bipolartransistoren aufgebaut, welche derart kreuzweise miteinander verschaltet sind, dass die temperaturproportionale Spannung als Kombination der Basis-Emitter-Spannungen der einzelnen Bipolartransistoren gewonnen wird. Der zweite Schaltungsabschnitt zur Erzeugung der invers-temperaturproportionalen Spannung umfasst einen als Diode verschalteten Bipolartransistor, wobei die beiden Schaltungsabschnitte derart miteinander gekoppelt sind, dass am Ausgangsanschluss der Bandabstand-Referenzschaltung eine Bandabstand-Referenzspannung als Kombination der temperaturproportionalen Spannung des ersten Schaltungsabschnitts und der invers-temperaturproportionalen Spannung des zweiten Schaltungsabschnitts abgreifbar ist.
  • Aus der US 5 966 006 A ist eine Bandabstand-Referenzschaltung bekannt, bei welcher eine Ausgangsspannung als Kombination der Basis-Emitter-Spannungen mehrerer Bipolar-Transistoren gewonnen wird.
  • Die Druckschrift DE 21 54 904 A offenbart eine Referenzspannungsquelle mit einem Schaltungsabschnitt zur Erzeugung einer invers-temperaturproportionalen Spannung. Dabei wird die invers-temperaturproportionale Spannung durch entsprechende Verschaltung einer Vielzahl von Dioden aus der Differenz zwischen mehreren Basis-Emitter-Spannungen und mehreren weiteren Basis-Emitter-Spannungen gewonnen.
  • Die US 4 249 122 A offenbart eine temperaturkompensierte Spannungsreferenz-Schaltung. Dabei sind Bipolar-Transistoren eines ersten Schaltungsabschnitts der Bandabstand-Referenzschaltung zur Erzeugung einer temperaturproportionalen Spannung verschaltet, während Bipolar-Transistoren eines zweiten Schaltungsabschnitts zur Erzeugung einer invers-temperaturproportionalen Spannung verschaltet sind.
  • Die US 6 121 824 A offenbart Bandabstand-Referenzschaltungen mit zugehörigen Berechnungen, wobei zum einen eine Temperaturabhängigkeit und zum anderen parasitäre Elemente berücksicht werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandabstand-Referenzschaltung bereitzustellen, bei welcher der Einfluss von parasitären Widerständen kompensiert ist, um demzufolge eine hochgenaue Bandabstand-Referenzspannung erzeugen zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bandabstand-Referenzschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, mit einem ersten Schaltungsabschnitt eine temperaturproportionale Spannung und mit einem zweiten Schaltungsabschnitt eine invers-temperaturproportionale Spannung derart zu erzeugen, dass als Kombination, insbesondere als Summe, beider Spannungen die gewünschte Bandabstand-Referenzspannung über einen Ausgangsanschluss abgreifbar ist, wobei zur Beseitigung des Einflusses von parasitären Widerständen in beiden Schaltungsabschnitten die jeweilige Spannung als Kombination aus mehreren Basis-Emitter-Spannungen entsprechender Bipolar-Transistoren einer jeweiligen Bipolar-Transistorschaltung erzeugt wird.
  • Der temperaturproportionale erste Schaltungsabschnitt umfasst dabei vier derart miteinander verschaltete Bipolar-Transistoren, so dass an einem mit dem Emitter eines der Bipolar-Transistoren verbundenen Widerstand eine zur absoluten Temperatur proportionale Spannung erzeugt wird, welche sich aus der Summe von zwei Basis-Emitter-Spannungen von zwei der vier Bipolar-Transistoren, von welcher wiederum die Basis-Emitter-Spannungen der beiden anderen Bipolar-Transistoren subtrahiert ist, zusammensetzt. Diese temperaturproportionale Spannung steht in einem direkten Zusammenhang zu einem entsprechenden temperaturproportionalen Strom, welcher dem Kollektorstrom des mit dem zuvor erwähnten Widerstand verbundenen Bipolar-Transistors entspricht und vorzugsweise dem invers-temperaturproportionalen zweiten Schaltungsabschnitt zugeführt wird.
  • Durch spezielle Wahl der über die einzelnen Bipolar-Transistoren fließenden Ströme sowie der wirksamen Transistorflächen der einzelnen Bipolar-Transistoren des ersten Schaltungsabschnitts kann erzielt werden, dass der Einfluss der parasitären Widerstände vollkommen beseitigt ist.
  • Der umgekehrt- bzw. invers-temperaturproportionale zweite Schaltungsabschnitt umfasst ebenfalls mehrere Bipolar-Transistoren, welche derart miteinander verschaltet sind, dass als invers-temperaturproportionale Spannung eine Basis-Emitter-Spannung erhalten werden kann, welche sich aus der Summe von Basis-Emitter-Spannungen von zwei der Bipolar-Transistoren, von welcher die Basis-Emitter-Spannung eines weiteren Bipolar-Transistors subtrahiert ist, zusammensetzt. Wird die wirksame Transistorfläche dieser drei Bipolar-Transistoren in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Verhältnis gewählt, kann auch für den zweiten Schaltungsabschnitt eine Kompensation des Einflusses der parasitären Widerstände erreicht werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines PTAT-Schaltungsabschnitts einer Bandabstand-Referenzschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines IPTAT-Schaltungsabschnitts der erfindungsgemäßen Bandabstand-Referenzschaltung, welcher aus dem Stand der Technik bekannt ist,
  • 3 zeigt die vollständige Bandabstand-Referenzschaltung, welche sich aus den in 1 und 2 gezeigten Schaltungsabschnitten zusammensetzt,
  • 4 zeigt einen Bipolar-Transistor mit parasitären Basis- und Emitterwiderständen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist,
  • 5 zeigt ein bekanntes Ersatzschaltbild für den in 4 dargestellten Bipolar-Transistor mit einem äquivalenten parasitären Emitterwiderstand, und
  • 6 zeigt eine Widlar-Bandabstand-Referenzschaltung gemäß dem Stand der Technik.
  • In 1 ist ein Schaltbild eines PTAT-Schaltungsabschnitts 1 einer erfindungsgemäßen Bandabstand-Referenzschaltung dargestellt. Dieser Schaltungsabschnitt erzeugt eine temperaturproportionale Spannung und einen entsprechenden temperaturproportionalen Strom It.
  • Zu diesem Zweck umfasst der Schaltungsabschnitt 1 vier Bipolar-Transistoren Q1–Q4, welche wie in 1 gezeigt miteinander verschaltet sind. Der Bipolar-Transistor Q1 ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen ein positives Versorgungs-Spannungspotential und Masse geschaltet. Der Kollektor des Bipolar-Transistors Q1 ist mit der Basis des Bipolar-Transistors Q2 verschaltet, wobei der dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q1 und der Basis des Bipolar-Transistors Q2 zugeführte Strom mit I1 bezeichnet ist. Der Emitter des Bipolar-Transistors Q2 ist mit der Basis des Bipolar-Transistors Q1 verbunden. Die Basis des Bipolar-Transistors Q3 ist ebenfalls mit dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q1 verbunden, wobei der Emitter des Bipolar-Transistors Q3 mit der Basis des Bipolar-Transistors Q4 verbunden ist. Der Bipolar-Transistor Q4 ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke analog zu dem Bipolar-Transistor Q1 zwischen das positive Versorgungs-Spannungspotential und Masse geschaltet, wobei zwischen das Massepotential und den Emitter des Bipolar-Transistors Q4 ein Widerstand Rt1 angeordnet ist. Der zuvor erwähnte temperaturproportionale Strom It entspricht dem Kollektorstrom des Bipolar-Transistors Q4.
  • In 1 sind der Klarheit halber die einzelnen parasitären Widerstände nicht dargestellt.
  • Idealerweise sollte die am Widerstand Rt1 abfallende Spannung temperaturproportional sein. Wird davon ausgegangen, dass ein Bipolar-Transistor der Fläche n als n Einheitstransistoren aufgefasst werden kann, so kann die an dem Widerstand Rt1 abfallende Spannung
    Figure DE102004002423B4_0008
    wie folgt berechnet werden:
    Figure DE102004002423B4_0009
  • Dabei bezeichnet Ube1 die Basis-Emitter-Spannung des Bipolar-Transistors Qi mit i = 1...4 und Isi den Sperrstrom des Bipolar-Transistors Qi, während Ut die Thermospannung und Reg1 den Ersatzwiderstand am Emitter des Bipolar-Transistors Qi gemäß dem in 5 gezeigten Schaltbild bezeichnet. A1 bezeichnet schließlich die Transistorfläche des Bipolar-Transistors Qi. Req ist der äquivalente parasitäre Widerstand eines Einheitstransistors.
  • Um eine ausschließlich temperaturproportionale Spannung
    Figure DE102004002423B4_0010
    zu erzeugen, müssen gemäß Formel (3) die folgenden beiden Bedingungen erfüllt sein:
    Figure DE102004002423B4_0011
  • Im bevorzugten Anwendungsfall entsprechen die Ströme I1, I2, I3 dem temperaturproportionalen Ausgangsstrom It, was durch Einsatz entsprechender (in 1 der Einfachheit halber nicht dargestellter) Stromspiegel realisiert werden kann. In diesem speziellen Anwendungsfall kann beispielsweise A1 = 4, A2 = 6, A3 = 12 und A4 = 3 gewählt werden, ohne dass selbstverständlich die Transistorflächen auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt sind.
  • In 2 ist ein IPTAT-Schaltungsabschnitt 2 der erfindungsgemäßen Bandabstand-Referenzschaltung dargestellt.
  • Im Gegensatz zu der in 6 gezeigten herkömmlichen Widlar-Bandabstand-Referenzschaltung, bei welcher der IPTAT-Schaltungsabschnitt lediglich einen Bipolar-Transistor umfasst, sind gemäß 2 vier miteinander verschaltete Bipolar-Transistoren Q5–Q8 vorgesehen. Während bei dem Stand der Technik die zur Temperatur umgekehrt proportionale Basis-Emitter-Spannung des einzigen Bipolar-Transistors relativ stark von den parasitären Widerständen des Bipolar-Transistors beeinflusst wird, kann mit Hilfe der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung eine Basis-Emitter-Spannung als invers-temperaturproportionale Spannung Ube0 erhalten werden, welche nicht durch parasitäre Basis- oder Emitterwiderstände beeinflusst wird, wobei dies gemäß 2 dadurch erzielt wird, dass zwei Basis-Emitter-Spannungen zunächst addiert werden und von der Summe eine Basis-Emitter-Spannung subtrahiert wird, so dass durch geeignete Transistorskalierung die Kompensierung sämtlicher parasitärer Effekte erzielt werden kann.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, wird der von dem PTAT-Schaltungsabschnitt 1 erzeugte temperaturproportionale Strom It als Betriebsstrom für die als Dioden verschalteten Bipolar-Transistoren Q5 und Q6 verwendet (der Kollektor und die Basis des Bipolar-Transistors Q5 bzw. Q6 sind jeweils kurzgeschlossen). Zudem wird davon ausgegangen, dass die beiden Bipolar-Transistoren Q6 und Q8 identisch dimensioniert sind.
  • Die Basis des Bipolar-Transistors Q5 ist mit der Basis des Bipolar-Transistors Q7 verbunden, während die Basis des Bipolar-Transistors Q6 mit der Basis des Bipolar-Transistors Q8 verbunden ist. Darüber hinaus ist der Emitter des Bipolar-Transistors Q5 mit dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q6 verbunden, während der Emitter des Bipolar-Transistors Q7 mit dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q8 verbunden ist. Die Emitteranschlüsse der Bipolar-Transistoren Q6 und Q8 sind jeweils mit dem Massepotential verbunden. Zwischen dem Emitter des Bipolar-Transistors Q7 und dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q8 befindet sich ein Ausgangsanschluss.
  • Die Ausgangsspannung des in 2 gezeigten Schaltungsabschnitts ist dabei wie folgt definiert (der Bipolar-Transistor Q7 gibt Ube vor, während der Bipolar-Transistor Q8 den Strom durch den Bipolar-Transistor Q7 vorgibt):
    Figure DE102004002423B4_0012
  • Hinsichtlich der in Formel (5) enthaltenen Größen kann auf die Erläuterungen zu Formel (3) verwiesen werden.
  • Zur Kompensation des parasitären Anteils von Ube0 muss folgende Bedingung erfüllt sein:
    Figure DE102004002423B4_0013
  • In 3 ist die aus den beiden Schaltungsabschnitten 1, 2 zusammengesetzte Bandabstand-Referenzschaltung in ihrer Gesamtheit dargestellt, wobei zusätzlich zu 2 zwischen dem Emitter des Bipolar-Transistors Q5 und dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q6 ein Widerstand Rt2 eingefügt ist, so dass an dem Widerstand Rt2 aufgrund des temperaturproportionalen Stroms It eine temperaturproportionale Spannung
    Figure DE102004002423B4_0014
    abfällt. Für die zwischen dem Emitter des Bipolar-Transistors Q7 und dem Kollektor des Bipolar-Transistors Q8 abgreifbare Bandabstand-Referenzspannung Ubg gilt somit:
    Figure DE102004002423B4_0015
  • Aus Formel (7) ist ersichtlich, dass sich die Bandabstand-Referenzspannung Ubg aus der Summe der invers-temperaturproportionalen Spannung Ube0 und der temperaturproportionalen Spannung
    Figure DE102004002423B4_0016
    zusammensetzt, wobei jedoch aufgrund des speziellen Aufbaus der beiden Schaltungsabschnitte 1, 2 Effekte von parasitären Widerständen der verwendeten Bipolar-Transistoren kompensiert sind. Insgesamt wird somit eine Bandabstand-Referenzspannung ohne Temperaturkoeffizient oder mit einem lediglich vernachlässigbaren Temperaturkoeffizienten bereitgestellt, wobei darüber hinaus Einflüsse durch parasitäre Widerstände beseitigt sind.
  • Aus 3 ist ersichtlich, dass der von dem PTAT-Schaltungsabschnitt 1 erzeugte temperaturproportionale Strom It zum Betreiben der gesamten Bandabstand-Referenzschaltung dient, wobei in 3 die zum Einprägen des Stroms It auf die Bipolar-Transistoren Q1–Q3 sowie die Bipolar-Transistoren Q5–Q6 verwendeten Stromspiegel in Form einer entsprechenden Stromspiegelschaltung 3 in Kombination mit entsprechenden Stromquellen angedeutet sind.
  • Da der PTAT-Schaltungsabschnitt 1 selbst mit dem Strom It vorgespannt ist, sollte darauf geachtet werden, dass der Betrieb des PTAT-Schaltungsabschnitts 1 korrekt gestartet wird, was auf einfache Art und Weise durch Verwendung einer Start-Up-Schaltung möglich ist.

Claims (9)

  1. Bandabstand-Referenzschaltung, mit einem ersten Schaltungsabschnitt (1), welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine temperaturproportionale Spannung erzeugt, und mit einem zweiten Schaltungsabschnitt (2), welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine invers-temperaturproportionale Spannung erzeugt, wobei sowohl der erste Schaltungsabschnitt (1) als auch der zweite Schaltungsabschnitt (2) eine Bipolar-Transistorschaltung mit jeweils mehreren derart verschalteten Bipolar-Transistoren (Q1–Q4; Q5–Q8) aufweist, dass sowohl von dem ersten Schaltungsabschnitt (1) die temperaturproportionale Spannung als auch von dem zweiten Schaltungsabschnitt (2) die invers-temperaturproportionale Spannung als Kombination aus mehreren Basis-Emitter-Spannungen der jeweiligen Bipolar-Transistoren (Q1–Q4, Q5–Q8) erzeugt wird, und wobei der erste Schaltungsabschnitt (1) und der zweite Schaltungsabschnitt (2) derart miteinander gekoppelt sind, dass an einem Ausgangsanschluss der Bandabstand-Referenzschaltung eine Bandabstand-Referenzspannung (Ubg) als Kombination der temperaturproportionalen Spannung des ersten Schaltungsabschnitts (1) und der invers-temperaturproportionalen Spannung des zweiten Schaltungsabschnitts (2) abgreifbar ist, wobei der Kollektor eines ersten Bipolar-Transistors (Q1) des ersten Schaltungsabschnitts (1) mit der Basis eines zweiten Bipolar-Transistors (Q2) und der Basis eines dritten Bipolar-Transistors (Q3) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei der Emitter des zweiten Bipolar-Transistors (Q2) des ersten Schaltungsabschnitts mit der Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q1) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei der Emitter des dritten Bipolar-Transistors (Q3) des ersten Schaltungsabschnitts (1) mit der Basis eines vierten Bipolar-Transistors (Q4) des ersten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei die temperaturproportionale Spannung am Emitter des vierten Bipolar-Transistors (Q4) des ersten Schaltungsabschnitts (1) abgreifbar ist, wobei der zweite Schaltungsabschnitt (2) einen ersten Bipolar-Transistor (Q5), einen zweiten Bipolar-Transistor (Q6) und einen dritten Bipolar-Transistor (Q7) umfasst, wobei der Emitter des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) über einen Widerstand (Rt2) mit dem Kollektor des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts verbunden ist, wobei jeweils der Kollektor und die Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q5) und des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) miteinander verbunden sind, wobei die Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) mit der Basis des dritten Bipolar-Transistors (Q7) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) verbunden ist, wobei die invers-temperaturproportionale Spannung (Ube0) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) am Emitter des dritten Bipolar-Transistors (Q7) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) abgreifbar ist.
  2. Bandabstand-Referenzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsabschnitt (1) und der zweite Schaltungsabschnitt (2) derart miteinander gekoppelt sind, dass an dem Ausgangsanschluss der Bandabstand-Referenzschaltung die Bandabstand-Referenzspannung (Ubg) als Summe der temperaturproportionalen Spannung des ersten Schaltungsabschnitts (1) und der invers-temperaturproportionalen Spannung des zweiten Schaltungsabschnitts (2) abgreifbar ist.
  3. Bandabstand-Referenzschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Bipolar-Transistoren (Q1–Q4) des ersten Schaltungsabschnitts (1) derart miteinander verschaltet sind, dass die temperaturproportionale Spannung proportional zu dem Ausdruck
    Figure DE102004002423B4_0017
    erzeugt wird, wobei Ut die Temperaturspannung bezeichnet, wobei I1 einen einem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des ersten Bipolar-Transistors (Q1) und der Basis des zweiten Bipolar-Transistors (Q2) zugeführten Strom, I2 einen von einem Verbindungspunkt zwischen der Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q1) und dem Emitter des zweiten Bipolar-Transistors (Q2) abgeleiteten Strom, I3 einen von einem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des dritten Bipolar-Transistors (Q3) und der Basis des vierten Bipolar-Transistors (Q4) abgeleiteten StromF und It einen dem Kollektor des vierten Bipolar-Transistors (Q4) zugeführten Strom bezeichnet, und wobei A1, A2, A3 und A4 eine Transistorfläche des ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Bipolar-Transistors (Q1–Q4) des ersten Schaltungsabschnitts bezeichnet.
  4. Bandabstand-Referenzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsabschnitt (1) derart ausgestaltet ist, dass die Ströme I1, I2, I3 und It im Wesentlichen gleich groß sind.
  5. Bandabstand-Referenzschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsabschnitt (1) Stromspiegelmittel (3) derart umfasst, dass jeder der Ströme I1–I3 als ein durch die Stromspiegelmittel aus dem Strom It abgebildeter Strom erzeugt wird.
  6. Bandabstand-Referenzschaltung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaltungsabschnitt (2) einen vierten Bipolar-Transistor (Q8) umfasst, dessen Basis mit der Basis des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) und dessen Kollektor 6 mit dem Emitter des dritten Bipolar-Transistors (Q7) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) verbunden ist.
  7. Bandabstand-Referenzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bipolar-Transistor (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) und der vierte Bipolar-Transistor (Q8) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) identisch ausgestaltet sind.
  8. Bandabstand-Referenzschaltung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolar-Transistoren (Q5–Q8) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) derart miteinander verschaltet sind, dass die invers-temperaturproportionale Spannung (Ube0) gemäß dem Ausdruck
    Figure DE102004002423B4_0018
    erzeugt wird, wobei It einen einem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor und der Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) zugeführter Strom, Is5 einen Sperrstrom des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2), Is6 einen Sperrstrom des zweiten Bipolar-Transistors (Q6) des zweiten Schaltungsabschnitts (2), Is7 einen Sperrstrom des dritten Bipolar-Transistors (Q7) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) und Ut die Temperaturspannung bezeichnet.
  9. Bandabstand-Referenzschaltung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsabschnitt (1) derart ausgestaltet ist, dass er in Abhängigkeit von der temperaturproportionalen Spannung einen temperaturproportionalen Strom (It) erzeugt, und dass Stromspiegelmittel (3) zwischen dem ersten Schaltungsabschnitt (1) und dem zweiten Schaltungsabschnitt (2) derart vorgesehen sind, dass einem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor und der Basis des ersten Bipolar-Transistors (Q5) des zweiten Schaltungsabschnitts (2) ein Strom zugeführt wird, welchem dem durch die Stromspiegelmittel (3) abgebildeten temperaturproportionalen Strom (It) des ersten Schaltungsabschnitts (1) entspricht.
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