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Die
Erfindung betrifft eine Bandabstands-Referenzstromquelle zur Erzeugung
einer Referenzspannung.
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Bandabstands-Referenzstromquellen
bzw. Bandgapschaltungen werden in integrierten Schaltungen weit
verbreitet eingesetzt.
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1 zeigt
eine Teilschaltung einer Bandabstands-Referenzstromquellenach dem Stand der
Technik. Die Teilschaltung gemäß 1 enthält einen
Operationsverstärker
OP mit einem invertierenden Eingang (-) und einem nichtinvertierenden
Eingang (+). Der Ausgang des Operationsverstärkers OP liefert eine Spannung (VREF), die an den Gateanschlüssen von
zwei PMOS-Transistoren PA, PB anliegt
um eine Regeschleife zu schließen.
An den PMOS-Transistoren PA, DB liegt
eine Versorgungsspannung VDD an. Der erste
PMOS-Transistor
PA ist mit dem nicht-invertierenden Signaleingang
(+) des Operationsverstärkers
OP und über
einen Widerstand RA mit einer Diode DA verbunden. Der zweite PMOS-Transistor PB ist mit dem invertierenden Signaleingang
(-) des Operationsverstärkers
OP verbunden und liegt über
eine Diode DB an Masse an. Die beiden Dioden
DA und DB weisen
ein bestimmtes Stromdichteverhältnis
n auf.
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Die
Offsetspannung des Operationsverstärkers beeinflusst stark die
Genauigkeit der in
1 dargestellten Schaltungsanordnung.
Im Idealfall liefert die Teilschaltung einen durch den Widerstand
R
A fließenden Strom
Da die Spannung U
T·lnn
klein ist und in der Regel 10 bis 100 mV beträgt ist der Strom I
A stark
von der Offsetspannung des Operationsverstärkers abhängig.
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Wird
die in 1 dargestellte Teilschaltung auf einem Chip integriert,
werden die Dioden in Form von PN-Übergängen Drain/BULK oder Wanne/Substrat
gebildet.
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2 zeigt
eine Bandabstands-Referenzspannungsquelle nach dem Stand der Technik,
wie sie beispielsweise in U. Tietze, C.H. Schenk, 11. Auflage, Springer
Verlag (ISBN 3-540-64192-0)
auf S. 175-977 beschrieben ist.
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Die
Bandabstands-Referenzspannungsquelle nach dem Stand der Technik,
wie sie in 2 dargestellt ist, enthält ebenfalls
einen Operationsverstärker
OP mit einem invertierenden Eingang (-) und einem nicht-invertierenden
Eingang (+), wobei der invertierende Eingang über einen Widerstand R3 und
eine Versorgungsspannung VDD und der nicht-invertierende
Eingang (+) über
einen Widerstand R4 an der Versorgungsspannung
VDD anliegt. Der Widerstandswert des Widerstandes
R4 ist um einen Faktor n geringer als der
Widerstandswert des Widerstandes R3.
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Die
Bandabstands-Referenzspannungsquelle nach dem Stand der Technik,
wie sie in 2 dargestellt ist, enthält zwei
Bipolartransistoren T1, T2,
wobei der Kollektoranschluss des ersten Bipolartransistors T1 mit dem Widerstand R3 verbunden
ist und der Kollektoranschluss des zweiten Bipolartransistors T2 mit dem Widerstand R4 verbunden
ist. Die Basisanschlüsse
der beiden Bipolartransistoren T1, T2 sind an den Ausgang des Operationsverstärkers OP
angeschlossen. Der Emitteranschluss des ersten Bipolartransistors
T1 ist über einen
Widerstand R1 an einen Potenzialknoten K
angeschlossen. An dem Potenzialknoten K liegt auch der Emitteranschluss
des zweiten Bipolartransistors T2 an. Der
Potenzialknoten K ist über
einen Widerstand R2 an Masse geschaltet.
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Am
Ausgang des Operationsverstärkers
OP liegt die erzeugte Referenzspannung VREF an.
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Die
Basisemitterspannung UBE2 des zweiten Transistors
T2 wird als Spannungsreferenz eingesetzt, wobei
allerdings dessen Temperaturkoeffizient mit -2 mV/K bei 0,6 V recht
hoch ist. Dieser Temperaturkoeffizient wird kompensiert, indem man
eine Spannung mit einem Temperaturkoeffizienten von +2 mV/K addiert. Bei
der in 2 dargestellten Bandabstands-Referenzspannung nach dem Stand der
Technik wird diese Kompensationsspannung mittels des zweiten Transistors
T2 erzeugt. Die beiden Bipolartransistoren
T1, T2 werden mit
verschiedenen Kollektorströmen
Ic2 > Ic1 betrieben.
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An
der Übertragungskennlinie
des Widerstandes R
1 ergibt sich ein Spannungsabfall:
wobei T die absolute Temperatur,
und
q die Elementarladung ist.
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Der
Spannungsabfall ΔUBE ist proportional zur Temperaturspannung
UT und somit proportional zur absoluten
Temperatur T.
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An
dem Widerstand R
2 ergibt sich ein entsprechend
größerer Spannungsabfall,
da der Widerstand R
2 nicht nur von dem Kollektorstrom
sondern auch von dem weiteren
Kollektorstrom I
C2 durchflossen wird.
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Der
Operationsverstärker
OP stellt seine Ausgangsspannung derart ein, dass IC2 =
n·IC1 gilt.
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Durch
die Wahl des Stromverhältnisses
n und des Widerstandsverhältnisses
R2/R1 sind beliebige
Verstärkungsfaktoren
A realisierbar.
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Die
in 2 gezeigte Bandabstands-Referenzspannungsquelle
nach dem Stand der Technik enthält Operationsverstärker OP.
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3 zeigt
den schaltungstechnischen Aufbau eines einfachen Operationsverstärkers mit
einer MOS-Differenzverstärkerstufe.
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Operationsverstärker, die
in CMOS-Technologie auf einem Chip integriert werden, weisen eine
hohe Offset-Spannung auf. Die in den 1, 2 gezeigten
Bandabstands-Referenzspannungsquellen nach dem Stand der Technik
sind gegenüber
Veränderungen
der Offset-Spannung des Operationsverstärkers OP sehr empfindlich,
d.h. geringe Änderungen
der Offset-Spannung führen
zu hohen Abweichungen bei der Referenzspannung. Die durch den Herstellungsprozess
bedingte Streuung bei der Offset-Spannung
führt somit
zu einer hohen Schwankung der von der Bandabstands-Referenzspannungsquelle
abgegebenen Referenzspannung VREF.
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Es
ist daher die Aufgabe, eine Bandabstands-Referenzstromquelle zu schaffen, die
einen gegenüber Prozessstreuungen
unempfindliche, gut reproduzierbaren genauen Referenzstrom erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Bandabstands-Referenzstromquelle
mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die
Erfindung schafft eine Bandabstands-Referenzstromquelle zur Erzeugung
eines Referenzstromes mit mindestens zwei Bipolartransistoren T1, T2 deren Basisanschlüsse B1, B2 zusammengeschaltet
sind und die an einem festen Bezugspotenzial anliegen, deren Kollektoranschlüsse C1, C2 an eine Kollektor-Stromverhältniseinstellschaltung
angeschlossen sind, die ein bestimmtes Stromverhältnis (m) zwischen den beiden durch
die Kollektoranschlüsse
fließenden
Kollektorströme
einstellt, und deren Emitteranschlüsse E1,
E2 über einen
ersten Widerstand RA an einem Stromknoten
angeschlossen sind, der die durch die Emitteranschlüsse fließenden Emitterströme zu einem
Summenstrom (ISumme) addiert, welcher den
Referenzstrom (IREF) bildet.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle
besteht darin, dass die Verstärkung
einstufig erfolgt, d.h. kein Operationsverstärker notwendig ist, so dass
die erzeugte Referenzspannung nicht durch variierende Offset-Spannungen
verändert
wird.
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Die
verstärkenden
Bauelemente werden nämlich
durch die beiden Bipolartransistoren T1,
T2 selbst gebildet. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Bandgapschaltungen in Bipolartechnologie ist die erfindungsgemäße Schaltung
jedoch unempfindlich gegenüber
Streuungen in Stromverstärkung
und Early-Spannung. Selbst mit einer Stromverstärkung kleiner eins wird eine
relativ genauer Referenzstrom IREF erzeugt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Referenzstromquelle besteht
darin, dass sie eine minimale Versorgungsspannung VDD von
nur etwa 1,0 V benötigt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle wird
der an dem Stromknoten fließende
Summenstrom mittels Stromspiegeltransistoren zu einem gespiegelten
Summenstrom gespiegelt, der durch den zwei ten Widerstand RB zur Erzeugung einer Referenzspannung VREF fließt.
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Die
Kollektor-Stromverhältniseinstellschaltung
weist vorzugsweise
ein erstes Referenzstromquellenpaar, das
zwei Referenzströme
(IREF1, IREF2) in
dem bestimmten Stromverhältnis
(m) erzeugt, und
ein zweites Referenzstromquellenpaar auf,
das zwei Referenzströme
(IREF3, IREF4) in
dem bestimmten Stromverhältnis
(m) erzeugt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
das erste Referenzstromquellenpaar
eine erste Referenzstromquelle
zur Erzeugung eines ersten Referenzstromes (IREF1)
und
eine zweite Referenzstromquelle zur Erzeugung eines zweiten
Referenzstromes (IREF2).
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
das zweite Referenzstromquellenpaar
eine dritte Referenzstromquelle
zur Erzeugung eines dritten Referenzstromes (IREF3)
und
eine vierte Referenzstromquelle zur Erzeugung eines vierten
Referenzstromes (IREF4)
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle sind
die erste Referenzstromquelle und die dritte Referenzstromquelle
an den Kollektoranschluss (C1) des ersten
Bipolartransistors (T1) angeschlossen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle sind
die zweite Referenzstromquelle und die vierte Referenzstromquelle
an den Kollek toranschluss (C2) des zweiten
Bipolartransistors (T2) angeschlossen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die erste Referenzstromquelle mehrere (m) parallel verschaltete
MOS-Transistoren
auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die dritte Referenzstromquelle mehrere (m) parallel verschaltete
MOS-Transistoren
auf.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle
ist zwischen dem ersten Referenzstromquellenpaar und den Kollektoranschlüssen (C1, C2) der Bipolartransistoren
(T1, T2) eine Kaskodeschaltung
vorgesehen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle ist
das erste Referenzstromquellenpaar an eine erste Versorgungsspannung
(VDD) angeschlossen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Referenzstromquellenpaar an eine zweite Versorgungsspannung
(VSS) angeschlossen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
bildet die zweite Versorgungsspannung (VSS)
das Bezugspotenzial für
die Basisanschlüsse
(B1, B2) der Bipolartransistoren
(T1, T2).
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle ist
zwischen dem Stromknoten (K) und den beiden Basisanschlüssen (B1, B2) ein dritter
Widerstand (RC) verschaltet, durch den ein
Diodenstrom (I3) fließt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Widerstände
(RA, RB, RC) derart dimensioniert, dass die Referenzspannung
(VREF) temperaturkompensiert ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle ist
die Bandabstands-Referenzspannungsquelle
eine integrierte Schaltung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Bandabstands-Referenzspannungsquelle
eine CMOS-Schaltung.
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Die
Bipolartransistoren (T1, T2)
sind vorzugsweise parasitäre
Bipolartransistoren der integrierten Schaltung.
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Dabei
sind die Bipolartransistoren bei einer ersten Ausführungsform
PNP-Bipolartransistoren.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
sind die Bipolartransistoren NPN-Transistoren.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle sind
die Widerstände
(RA, RB, RC) integrierte Widerstände, die aus demselben Material
hergestellt sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die beiden Bipolartransistoren (T1,
T2) die gleichen Bauelementparameter auf.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle
weisen die beiden Bipolartransistoren (T
1,
T
2) ein bestimmtes Stromdichteverhältnis
auf.
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Des
Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle
unter Bezugnah me auf die beigefügten
Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Teilschaltung einer Bandabstands-Referenzstromquelle zur Erzeugung eines
Referenzstromes nach dem Stand der Technik;
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2 eine
Bandabstands-Referenzspannungsquelle zur Erzeugung einer Referenzspannung
nach dem Stand der Technik;
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3 einen
einfachen Operationsverstärker
mit einer MOS-Differenzverstärkerstufe
nach dem Stand der Technik;
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4 eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle;
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5 eine
Schnittansicht durch eine integrierte Schaltung zur Erläuterung
der bei einer bevorzugten Ausführungsform
verschalteten parasitären
Bipolartransistoren.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle 1.
Die Referenzstromquelle 1 weist einen ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 zum
Anlegen einer ersten Versorgungsspannung VDD und
einen zweiten Versorgungsspannungsanschluss 3 zum Anlegen
einer zweiten Versorgungsspannung VSS auf.
Darüber
hinaus weist die Referenzstromquelle 1 einen Anschluss 4 zum
Anlegen einer Bias-Vorspannung (VBIAS) und
einen Ausgangsanschluss 5 zum Abgeben des Referenzstromes
(IREF) auf.
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Die
Bandabstands-Referenzstromquelle 1 enthält zwei Bipolartransistoren
T1, T2, deren Basisanschlüsse B1, B2 an einem Knoten 6 zusammengeschaltet
sind, wobei der Knoten 6 über eine Leitung 7 an
einem festen Bezugspotenzial anliegt. Bei der in 4 bevorzugten
Ausführungsform
wird das feste Bezugs potenzial durch die zweite Versorgungsspannung
VSS gebildet. Der Kollektoranschluss C1 des
ersten Bipolartransistors T1 liegt über eine
Leitung 8 an einem Knoten 9 an, wobei über eine
Leitung 8 der Kollektorstrom IC1 des
ersten Bipolartransistors T1 fließt. Der
Kollektor C2 des zweiten Bipolartransistors
T2 ist über
eine Leitung 10 an einen weiteren Knoten 11 angeschlossen,
wobei über
eine Leitung 10 der Kollektorstrom IC2 des
zweiten Bipolartransistors T2 fließt. Der
Emitter E1 des ersten Bipolartransistors T1 ist über eine
Leitung 12 an einen Stromknoten 13 angeschlossen,
der über
eine Leitung 14 und einen ersten Widerstand RA mit
dem Emitter E2 des zweiten Bipolartransistors
T2 verbunden ist.
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Die
Bandabstands-Referenzstromquelle 1 weist zwei Referenzstromquellenpaare 15, 16 auf.
Das erste Referenzstromquellenpaar 15 enthält eine
erste Referenzstromquelle 15-1 und eine zweite Referenzstromquelle 15-2.
Das zweite Referenzstromquellenpaar 16 enthält eine
erste Referenzstromquelle 16-1 und eine zweite Referenzstromquelle 16-2.
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Die
beiden Referenzstromquellenpaare 15, 16 erzeugen
jeweils zwei Referenzströme,
deren Stromhöhen
ein bestimmtes Stromverhältnis
(m) aufweisen. Bei der in 4 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
das Stromverhältnis
m vier. Das erste Referenzstromquellenpaar 15 erzeugt einen
ersten Referenzstrom IREF1 und einen zweiten
Referenzstrom IREF2, die über eine
Kaskodenschaltung 17 zu den Kollektoranschlussknoten 9, 11 der
Bipolartransistoren T1, T2 fließen.
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Das
zweite Referenzstromquellenpaar 16 erzeugt ebenfalls zwei
Referenzströme
IREF3, IREF4 deren Stromhöhen das
gleiche Stromverhältnis
m aufweisen. Die erste Referenzstromquelle 15-1 erzeugt
den ersten Referenzstrom IREF1, der einen
viermal höheren
Stromwert aufweist als der zweite Referenzstrom IREF2,
der durch die zweite Referenzstromquelle 15-2 generiert
wird. Bei der in 4 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
wird die erste Referenzstromquelle 15-1 durch mehrere paral lel
verschaltete PMOS-Transistoren gebildet, deren Gateanschlüsse mit
einem identisch aufgebauten PMOS-Transistor der zweiten Referenzstromquelle 15-2 über eine
Leitung 18 verbunden sind.
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In
gleicher Weise wird die dritte Referenzstromquelle 16-1 bei
der in 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
durch mehrere parallel verschaltete NMOS-Transistoren gebildet,
deren Gateanschlüsse über eine
Leitung 19 mit einem identisch aufgebauten NMOS-Transistor
der dritten Referenzstromquelle 16-2 verbunden sind. Durch
die Anzahl der in den Referenzstromquellen 15-1, 16-1 parallel
verschalteten MOS-Transistoren
wird das Stromverhältnis
m zwischen den Referenzströmen
IREF festgelegt.
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Es
gilt:
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Die
beiden Referenzstromquellenpaare 15, 16 bilden
zusammen mit dem PMOS-Transistor 23 eine Kollektor-Stromverhältniseinstellschaltung,
die ein bestimmtes Stromverhältnis
m zwischen den durch die Kollektoranschlüsse C1, C2 fließenden
Kollektorströmen
IC1, IC2 einstellt.
Bei der in 4 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
ist der über
die Leitung 8 fließende
Kollektorstrom IC1 viermal so hoch wie der über die Leitung 10 fließende Kollektorstrom
IC2.
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Die
Kaskodeschaltung 17 enthält mehrere parallel verschaltete
NMOS-Transistoren 17-1, deren Gateanschlüsse über eine
Leitung 20 an den Gateanschluss eines identisch aufgebauten
NMOS-Transistors 17-2 angeschlossen sind. Die Gateanschlüsse der
NMOS-Transistoren der Kaskodeschaltung 17 sind mit dem Anschluss 4 zum
Anlegen einer Bias-Vorspannung verbunden. Der Bias-Vorspannungsanschluss 4 ist über einen
PMOS-Transistor 21 und einen NMOS-Transistor 22 an
die Versorgungsspannungsanschlüsse 2, 3 angeschlossen.
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Die
parallel verschalteten PMOS-Transistoren der ersten Stromquelle 15-1,
die parallel verschalteten NMOS-Transistoren
der Kaskodeschaltung 17 und die parallel verschalteten
NMOS-Transistoren der dritten Stromquelle 16-2 bilden zusammen
einen ersten Stromzweig. Ein zweiter Stromzweig wird durch den PMOS-Transistors
der zweiten Stromquelle 15-2, durch den PMOS-Transistor 17-2 der
Kaskodeschaltung 17 und durch den PMOS-Transistor der vierten
Referenzstromquelle 16-2 gebildet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle 1 sind
der Knoten 6 und der Summenstromknoten 13 über einen
dritten Widerstand RC miteinander verbunden.
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Im
eingeschwungenen Zustand gilt:
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Dabei
ist die an dem ersten Widerstand RA abfallende
Spannung URA gleich URA = UT·ln(n·m) (13)wobei m
das Stromverhältnis
angibt, welches durch die Kollektor-Stromverhältniseinstellschaltung 15, 16 eingestellt
wird, n ein optional vorgesehenes Emitterflächenverhältnis der beiden Bipolartransistoren
T1, T2 und n·m das
Stromdichteverhältnis
darstellt.
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Für die Temperaturspannung
U
T gilt:
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Für die an
dem Summenstromknoten
13 anliegenden Ströme gilt:
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Der
Summenstromknoten 13 ist über eine Leitung 22 mit
einem ersten Stromspiegeltransistor 23 verbunden. Bei der
in 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
wird der erste Stromspiegeltransistor 23 durch einen PMOS-Transistor
gebildet, dessen Gateanschluss mit dem Gateanschluss des PMOS-Transistors 21 sowie
an des ersten Stromzweiges angeschlossen ist. Darüber hinaus
ist der Gateanschluss des ersten Stromspiegeltransistors 23 mit
dem Gateanschluss eines zweiten, identisch aufgebauten PMOS-Transistors 24 über eine
Leitung 25 verbunden.
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Auf
der Leitung
22 fließt
ein Summenstrom I
SUMME, wobei gilt:
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Der
gebildete Summenstrom I
SUMME wird bei der
in
4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform mittels
der Spiegeltransistoren
23,
24 gespiegelt und über einen
optional vorgesehenen PMOS-Transistor
26 über einen
zweiten Widerstand R
B geleitet. An dem zweiten
Widerstand R
B wird durch den fließenden Summenstrom
I
SUMME eine Referenzspannung V
REF erzeugt.
Für die
Referenzspannung V
REF gilt:
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Wie
man aus Gleichung (19) erkennen kann, setzt sich die generierte
Referenzspannung VREF aus einem temperaturproportionalen
Spannungsanteil (K1·UT)
und einem von der Diodenspannung abhängigen Spannungsteil (K2·UD) zusammen. Der temperaturproportionale
Anteil weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, während der
von der Diodenspannung abhängige
Spannungsteil einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände RA,
RB, RC sowie der
Stromverhältnisse
n, m ist es möglich,
eine temperaturkompensierte Referenzspannung zu generieren.
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Durch
die Dimensionierung der Widerstände
RA, RB, RC und der Stromverhältnisse kann eine beliebige Referenzspannung
UREF erzeugt werden.
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Wie
man aus Gleichung (19) erkennen kann, haben die Stromverstärkungen
(β) der
beiden Bipolartransistoren T1, T2 keinen Einfluss auf die Höhe der erzeugten
Referenzspannung VREF. Es kommt bei der
erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle 1 nicht
auf die absolute Stromhöhe
der Kollektorströme
bzw. auf die Stromverstärkung β der Bipolartransistoren
T1, T2 an, sondern
lediglich auf das Stromverhältnis m
zwischen den Stromzweigen.
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Die
Herstellungsparameter der beiden Bipolartransistoren T1,
T2 können
somit schlechte Eigenschaften aufweisen, solange sie nur identisch
sind. Die Bipolartransistoren T1, T2 können
sogar eine Stromverstärkung
aufweisen, die unter Umständen
kleiner eins ist. Die Bipolartransistoren T1,
T2 dürfen
dabei einen hohen Substratstromanteil und eine niedrige Early-Spannung aufweisen.
Absolute Parametereigenschaften der beiden Bipolartransistoren T1, T2 gehen nur insofern
ein, als dass sie die Höhe
von UD beeinflussen wie das bei jeder Bandgapschaltung
der Fall ist. Für
die Generierung des temperaturproportionalen Spannungsanteils ist das
Matching zwischen den beiden Bipolartransistoren T1,
T2 ausschlaggebend. Da es lediglich darauf
ankommt, dass die beiden Bipolartransistoren die gleichen Parametereigenschaften
aufweisen, werden die beiden Bipolartransistoren T1,
T2 bei einer Integration der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle 1 möglichst
nahe zueinander angeordnet, so dass die Parametereigenschaften möglichst
gut gematcht sind.
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Da
die erfindungsgemäße Bandabstands-Referenzstromquelle 1 es
zulässt,
dass die absoluten Parametereigenschaften der beiden Bipolartransistoren
T1, T2 schlecht
sein können,
ist es auch möglich,
die beiden Bipolartransistoren T1, T2 einer bevorzugten Ausführungsform durch parasitäre Bipolartransistoren
zu realisieren.
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5 zeigt
schematisch die bei einem integrierten MOS-Transistor vorhandenen
parasitären
Bipolartransistoren TP. Die beispielsweise
bei einem CMOS-Prozess hergestellten MOS-Transistoren weisen somit parasitäre Bipolartransistoren
auf, die als Bipolartransistoren T1, T2 entsprechend 4 verschaltbar
sind.
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Die
erfindungsgemäße Bandabstands-Referenzstromquelle 1 toleriert
die schlechten Bauelementeigenschaften der Bipolartransistoren T1, T2 ohne nachteiligen
Einfluss auf die erzeugte Referenzspannung VREF, solange
die Parameter, die Stromverstärkung,
der Substratstromanteil der beiden eingesetzten Bipolartransistoren
T1, T2 zwar schlecht,
aber weitgehend gleich sind. Dies ist insbesondere bei einer Integration
der erfindungsgemäßen Bandabstands-Referenzstromquelle 1 der
Fall.
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Die
Stromquellen 15-1, 15-2, 16-1, 16-2 der
Referenzstromquelle 1 bilden zusammen einen Folded-Kaskode-Verstärker, der
auf ein Stromungleichgewicht am Knoten 24 mit starken Auslenkungen
reagiert. Der PMOS-Transistor 23 ist unmittelbar an den
Ausgang 24 des Folded-Kaskode-Verstärkers angeschlossen und versorgt
die Bandgapschaltung, die aus den beiden Bipolartransistoren T1, T2 und den Widerständen RA, RC besteht, mit
dem Summenstrom ISUMME. Die Basisanschlüsse B1, B2 der beiden
Bipolartransistoren T1, T2 sind über die
Leitung 7 an die zweite Versorgungsspannung VSS angeschlossen,
wobei die zweite Versorgungsspannung VSS vorzugsweise
durch Masse gebildet wird. Da die beiden Basisanschlüsse B1, B2 direkt an Masse
angeschlossen sind, spielen eine schlechte Stromverstärkungen
der beiden Bipolartransistoren T1, T2 keine Rolle. Eine niedrige Early-Spannung
der beiden Bipolartransistoren hat keinen negativen Einfluss, da
die Kollektoren C1, C2 mit
den Eingangsanschlüssen 9, 11 eines
Folded-Kaskode-Verstärkers
verbunden sind, der die Spannung an diesem Knoten weitgehend konstant
hält. Die
zum Betriebsstrom proportionale Substratstromanteile haben wie die
Basisstromanteile keinen Einfluss auf die Referenzspannung, weil
es in erster Näherung
nur auf das Verhältnis
m zwischen den beiden Emitterströmen
IE1, IE2 ankommt.
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Die
erfindungsgemäße Bandgapschaltung 1 ist
unempfindlich gegenüber
schlechten Bauelementdaten. Erfindungsgemäß wird der erste Widerstand
RA im Emitterzweig verschaltet, wobei die Basisanschlüsse B1, B2 der beiden
Bipolartransistoren T1, T2 zusammengeschaltet
sind und durch das Bezugspotenzial gut versorgt sind. Die Kollektorströme IC1, IC2 werden erfindungsgemäß mittels
einer Kaskodeschaltung 17 ausgekoppelt und bilden über einen
weiteren Stromspiegel einen Regelausgang. Die Emitterströme IE1, IE2 erzeugen
einen temperaturproportionalen Anteil der Referenzspannung VREF. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann
durch zusätzliches
Vorsehen eines Widerstandes RC, der zu dem
Widerstand RA parallel geschaltet wird, der
temperaturproportionale Anteil der Referenzspannung durch einen
Diodenanteil temperaturkompensiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Bandabstands-Referenzstromquelle 1 zeichnet
sich dadurch aus, dass sie mit einer sehr niedrigen Versorgungsspannung
VDD betrieben werden kann, wobei die Versorgungsspannung
beispielsweise 1 V ist. Dies entspricht einer Diodenspannung und
einer Sättigungsspannung.
Die erfindungsgemäße Bandgapschaltung 1 eignet
sich hervorragend zur Integration in einer integrierten Schaltung,
da die absoluten Bauelementeigenschaften der bipolaren Transistoren
T1, T2 keinen negativen
Einfluss auf die Referenzspannung VREF haben.
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- 1
- Bandabstands-Referenzspannungsquelle
- 2
- Versorgungsspannungsanschluss
- 3
- Versorgungsspannungsanschluss
- 4
- Vorspannungsanschluss
- 5
- Referenzspannungs-Ausgangsanschluss
- 6
- Knoten
- 7
- Leitung
- 8
- Leitung
- 9
- Knoten
- 10
- Leitung
- 11
- Knoten
- 12
- Leitung
- 13
- Summenstromknoten
- 14
- Leitung
- 15
- Erstes
Stromquellenpaar
- 16
- Zweites
Stromquellenpaar
- 17
- Kaskodeschaltung
- 18
- Leitung
- 19
- Leitung
- 20
- Leitung
- 21
- PMOS-Transistor
- 22
- PMOS-Transistor
- 23
- Stromspiegeltransistor
- 24
- Stromspiegeltransistor
- 25
- PMOS-Transistor
