DE102010037824A1

DE102010037824A1 - Rotierende Verstärkungswiderstände zum Erzeugen einer Bandabstandsspannung mit niedriger Drift

Info

Publication number: DE102010037824A1
Application number: DE102010037824A
Authority: DE
Inventors: Barry Los Altos Harvey; Steven Cambridge Herbst
Original assignee: Intersil Americas LLC; Intersil Inc
Current assignee: Intersil Corp; Intersil Americas LLC
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: DE102010037824B4; US8278905B2; US20110127988A1; TW201124813A; TWI553441B; CN102109870A; CN102109870B

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung eine Vielzahl von Schaltungszweigen, eine Vielzahl von Widerständen und eine Vielzahl von Schaltern auf. Die Vielzahl von Schaltern wird dazu verwendet, im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige befinden, und welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige befinden, um dadurch die Wirkungen von Langzeitdrift der Widerstände auf einen Bandabstandsspannungsausgang (VGO) der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung zu reduzieren.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der folgenden US-Anmeldungen:
Vorläufige US-Anmeldung Nr. 12/718,840, eingereicht am 5. März 2010, mit dem Titel ROTATING GAIN RESISTORS TO PRODUCE A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-DRIFT (Anwaltsaktenzeichen ELAN-01250US1), und
vorläufige US-Anmeldung Nr. 61/266,101, eingereicht am 2. Dezember 2009, mit dem Titel ROTATING GAIN RESISTORS TO PRODUCE A BANDGAP VOLTAGE WITH LOW-DRIFT (Anwaltsaktenzeichen ELAN-01250US0),
die jeweils durch Verweis hierin aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung kann z. B. zum Bereitstellen einer im Wesentlichen konstanten Referenzspannung für eine Schaltung verwendet werden, die in einer Umgebung mit schwankender Temperatur operiert. Eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung addiert typischerweise eine zur absoluten Temperatur komplementäre Spannung (VCTAT) zu einer zur absoluten Temperatur proportionalen Spannung (VPTAT), um eine Bandabstands-Referenzausgangsspannung (VGO) zu erzeugen. Die VCTAT ist typischerweise eine einfache Diodenspannung, auch als Basis-Emitter-Spannungsabfall, Vorwärtsspannungsabfall, Basis-Emitter-Spannung oder einfach VBE bezeichnet. Eine solche Diodenspannung wird typischerweise von einem als Diode geschalteten Transistor (d. h. einem Bipolartransistor, dessen Basis und Kollektor miteinander verbunden sind) bereitgestellt. Die VPTAT kann aus einer oder mehreren VBEs abgeleitet sein, wobei ΔVBE (Delta VBE) die Differenz zwischen den VBEs von Bipolartransistoren ist, die unterschiedliche Emitterflächen und/oder -ströme aufweisen und daher mit unterschiedlichen Stromdichten operieren.
1A stellt eine exemplarische herkömmliche Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 100 dar, einschließlich Transistoren Q1 bis QN, die (im Zweig ”N”) parallel verbunden sind, eines Transistors QN + 1 (im Zweig ”1”) und eines weiteren Transistors QN + 2 (im Zweig ”CTAT”).
Außerdem weist die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 100 einen Verstärker 120 und drei PMOS-Transistoren M1, M2 und M3 auf, welche dazu konfiguriert sind, als Stromquellen zu funktionieren, die den Zweigen ”N”, ”1” und ”CTAT” Ströme zuführen. Da die Gates der PMOS-Transistoren zusammengeschaltet sind und ihre Source-Anschlüsse alle mit der positiven Versorgungsspannung (VDD) verbunden sind, sind die Source-Gate-Spannungen dieser Transistoren gleich. Infolgedessen empfangen die Zweige ”N”, ”1” und ”CTAT” ungefähr den gleichen und operieren ungefähr bei dem gleichen Strom, Iptat.
In 1A wird der Transistor QN + 2 zum Generieren der VCTAT verwendet, und die Transistoren Q1 bis QN in Verbindung mit dem Transistor QN + 1 werden zum Generieren der VPTAT verwendet. Spezifischer ist die VCTAT eine Funktion der Basis-Emitter-Spannung (VBE) des als Diode geschalteten Transistors QN + 2, und die VPTAT ist eine Funktion von ΔVBE, das eine Funktion der Differenz zwischen der Basis-Emitter-Spannung des Transistors QN + 1 und der Basis-Emitter-Spannung der als Diode geschalteten Transistoren Q1 bis QN ist, die parallel verbunden sind.
Aufgrund von negativer Rückkopplung stellt der Verstärker 120 die gemeinsame PMOS-Gate-Spannung der Stromquellentransistoren M1, M2 und M3 ein, bis die nicht-invertierenden (+) und invertierenden (–) Eingänge des Verstärkers 120 gleiche Spannungspotentiale aufweisen. Dies tritt dann ein, wenn Iptat·R1 + VBE_1,2,...,n = VBE_n+1 wobei VBE_1,2,..,n = VBE_n+1 – ΔVBE. Somit ist Iptat = ΔVBE/R1.
Hier ist der Bandabstandsspannungsausgang (VGO) folgender: VGO = VCTAT + VPTAT, = VBE + R2/R1·V_T·ln(N), wobei Vt die Temperaturspannung ist, die bei Raumtemperatur ca. 26 mV beträgt.
Wenn VBE ~ 0,7 V und R2/R1·V_T·ln(N) ~ 0,5 V. dann VGO ~ 1,2 V.
Die Stromquellen können mit Konfigurationen implementiert sein, die zu den in 1A gezeigten alternativ sind. Dementsprechend wird 1B vorgelegt, um die allgemeinere Schaltung zu zeigen. Wie schon in 1A steuert in 1B der Verstärker 120 die Stromquellen I₁, I₂ und I₃.
Die Spannung über R2 ist zur Temperatur proportioniert, und wenn sie auf ca. 0,5 V bei Raumtemperatur skaliert ist, wird dadurch VGO durch Kompensation des negativen Temperaturkoeffizienten von VBE₃ (d. h. der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q3) relativ konstant zur Temperatur.
Für N = 8, was ein üblicher Wert für N ist, gilt R2 / R1 ~ 9 für einen guten Temperaturkoeffizienten (tempco) von VGO. R2 kann durch serielle Verbindung dreier Einheitswiderstände bereitgestellt sein, und R2 kann durch parallele Verbindung dreier weiterer Einheitswiderstände bereitgestellt sein. Dies ist übliche Praxis und ergibt in gefertigten Schaltungen ein sehr akkurates Verhältnis von 9.
In der Praxis kann Langzeitdrift in Einheitswiderstandswerten Langzeitdrift in VGO verursachen, was unerwünscht ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung richten sich auf Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen, welche die Wirkungen der Langzeitdrift von Widerständen auf den von den Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen erzeugten Bandabstandsspannungsausgang (VGO) reduzieren. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung eine Vielzahl von Widerständen, eine Vielzahl von Schaltungszweigen und eine Vielzahl von Schaltern auf. Die Vielzahl von Schaltungszweigen der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung (z. B. ein Zweig ”N”, ein Zweig ”1” und ein Zweig ”CTAT”) wird gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet. Die Vielzahl von Schaltern (z. B. durch eine Steuereinheit gesteuert) wird dazu verwendet, im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige (z. B. des Zweigs ”N”) befinden, und welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige (z. B. des Zweigs ”CTAT”) befinden.
In einigen Ausführungsformen weist die Vielzahl von Widerständen eine erste Gruppe von Widerständen und eine zweite Gruppe von Widerständen auf, und die Vielzahl von Schaltern weist eine erste Gruppe von Schaltern und eine zweite Gruppe von Schaltern auf. In solchen Ausführungsformen kann die erste Gruppe von Schaltern dazu verwendet werden, die erste Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten selektiv parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige zu verbinden und die erste Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten selektiv seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige zu verbinden. In ähnlicher Weise kann die zweite Gruppe von Schaltern dazu verwendet werden, die zweite Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten selektiv seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige zu verbinden und die zweite Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten selektiv parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige zu verbinden.
In spezifischen Ausführungsformen ist jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen ein Einheitswiderstand von im Wesentlichen derselben Größe wie die anderen Einheitswiderstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen.
In bestimmten Ausführungsformen verbringt jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen eine ungefähr gleiche Zeitmenge parallel verbunden innerhalb des ersten der Schaltungszweige wie seriell verbunden innerhalb des zweiten der Schaltungszweige.
Gemäß spezifischen Ausführungsformen verbringt wenigstens ein Teil der Widerstände wenigstens einen Teil der Zeit nicht innerhalb eines aus der Vielzahl von Schaltungszweigen verbunden, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden, obwohl zu anderen Zeiten dieselben Widerstände Zeit innerhalb eines oder mehrerer aus der Vielzahl von Schaltungszweigen verbunden verbringen, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung richten sich auch auf Verfahren zur Verwendung mit Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen, die einen Bandabstandsspannungsausgang (VGO) erzeugen, wobei die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen eine Vielzahl von Schaltungszweigen aufweisen, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden. Solche Verfahren können aufweisen, im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche von einer Vielzahl von Widerständen so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige befinden, und im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige befinden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung richten sich auch auf Spannungsregler, die eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung aufweisen, wie etwa die oben beschriebene, aber nicht darauf begrenzt. Die Spannungsregler können z. B. Linearspannungsregler mit festem Ausgang oder einstellbarem Ausgang sein, sind aber nicht darauf begrenzt.
Diese Zusammenfassung soll nicht alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammenfassen. Weitere und alternative Ausführungsformen sowie die Merkmale, Aspekte und Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen werden aus der unten ausgeführten detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen besser ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B stellen exemplarische herkömmliche Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen dar.
2A stellt Gruppen von Einheitswiderständen dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung innerhalb einer Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung verwendet werden können, um eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift bereitzustellen.
2B stellt dar, wie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gruppen von Einheitswiderständen aus 2A anstelle der Widerstände R1 und R2 in 1A und 1B verwendet werden können, um eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift bereitzustellen.
3 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Linearspannungsreglers mit festem Ausgang, der eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
4 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Linearspannungsreglers mit einstellbarem Ausgang, der eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
5 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene, das als Zusammenfassung eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zum Reduzieren von Langzeitdrift in VGO verwendet werden, die durch Langzeitdrift in Widerstandswerten entsteht. Wie aus der unten stehenden Erläuterung ersichtlich, können bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch zum Kompensieren fehlerhafter Widerstandswerte verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung zwei Gruppen von Einheitswiderständen auf, deren Größe im Wesentlichen identisch ist. Mit Bezug auf beispielsweise die Widerstandswerte R1 und R2 in 1A und 1B wird gemäß einer Ausführungsform eine der Gruppen von Einheitswiderständen alternierend parallel verbunden, um R1 bereitzustellen, und dann neu konfiguriert (z. B. geschaltet), um seriell verbunden zu sein und R2 bereitzustellen. Die andere Gruppe von Einheitswiderständen wird in ähnlicher Weise alternativ seriell verbunden, um R2 bereitzustellen, und dann neu konfiguriert (z. B. geschaltet), um parallel verbunden zu sein und R1 bereitzustellen. Wird ein Einheitswiderstand zum Bereitstellen von R1 verwendet, so lässt sich dieser Einheitswiderstand als in der R1-Position befindlich bezeichnen. In ähnlicher Weise lässt sich, wenn ein Einheitswiderstand zum Bereitstellen von R2 verwendet wird, dieser Einheitswiderstand als in der R2-Position befindlich bezeichnen.
Wird eine erste Gruppe von Einheitswiderständen während gleicher Zeitmengen zum Bereitstellen von R1 und von R2 verwendet und eine zweite Gruppe von Einheitswiderständen während gleicher Zeitmengen zum Bereitstellen von R2 und R1 verwendet, so erfolgt ausgezeichnete Rückweisung von individuellem Widerstandsfehler und Drift im Zeitverlauf, wie aus der unten stehenden Erläuterung ersichtlich.
Es sei angenommen, dass sechs Einheitswiderstände (d. h. zwei Gruppen von Einheitswiderständen mit drei Einheitswiderständen in jeder Gruppe) zum Bereitstellen von R1 und R2 verwendet werden und dass alle bis auf einen der sechs Einheitswiderstände vollkommen sind und einen Widerstand exakt gleich einem Wert R bereitstellen. Weiter sei angenommen, dass der Widerstandswert für den fehlerhaften Einheitswiderstand R + ΔR beträgt. Wenn der fehlerhafte Einheitswiderstand mit zwei der vollkommenen Einheitswiderstände parallel verbunden ist, ist unter diesen Annahmen der Widerstandswert für R1 folgender:
Für ΔR << R ist dann
Wenn die drei Einheitswiderstände (der Gruppe, die den fehlerhaften Einheitswiderstand aufweist) so geschaltet sind, dass sie in der R2-Position seriell zueinander sind, beträgt ihr Wert R2 = 3R + ΔR.
Wenn die zwei Gruppen von Einheitswiderständen jeweils für die Hälfte der Zeit dazu verwendet werden, R1 bereitzustellen, und für die andere Hälfte der Zeit dazu verwendet werden, R2 bereitzustellen, dann ist der zeitliche Durchschnitt der fehlerhaften Gruppe und der vollkommenen Gruppe folgender:
In ähnlicher Weise ist der Durchschnittswert von R2 folgender:
Der durchschnittliche Wert von
Solange ΔR << R ist, wird, wie aus dem Obigen ersichtlich, jede Einheitswiderstandsvariation aus der Gruppe ausgeglichen, solange die Menge der Zeit, während derer die erste Gruppe zum Bereitstellen von R1 verwendet wird, gleich der Menge der Zeit ist, während derer die erste Gruppe zum Bereitstellen von R2 verwendet wird, und die Menge der Zeit, während derer die zweite Gruppe zum Bereitstellen von R1 verwendet wird, gleich der Menge der Zeit ist, während derer die zweite Gruppe zum Bereitstellen von R2 verwendet wird. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass zum Bereitstellen von R1 und R2 im Zeitverlauf mehr als zwei Gruppen eingesetzt werden können. Spezifische Ausführungsformen, die von der Verwendung von mehr als zwei Gruppen von Einheitswiderständen profitieren, werden unten erläutert.
Es gibt zahlreiche Wege, auf denen eine Gruppe von Einheitswiderständen dazu konfiguriert sein kann, selektiv von einer Parallelverbindung zur Bereitstellung von R1 in eine serielle Verbindung zum Bereitstellen von R2 überführt zu werden. 2A stellt einen solchen Weg dar. Mit Bezug auf 2A ist, wenn die Schalter S sich in ihren linken Positionen befinden, eine erste Gruppe von Einheitswiderständen Ra, Rb und Rc (mit der Bezeichnung 2021) parallel verbunden und wird zum Bereitstellen von R1 verwendet; und wenn die Schalter S sich in ihren rechten Positionen befinden, ist die Gruppe der Einheitswiderstände Ra, Rb und Rc seriell verbunden und wird zum Bereitstellen von R2 verwendet. In 2A kann die zweite Gruppe von Einheitswiderständen Rd, Re und Rf (mit der Bezeichnung 2022) in ähnlicher Weise aus einer seriellen Verbindung in der R2-Position in eine parallele Verbindung in der R1-Position umgeschaltet werden.
2B stellt dar, wie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gruppen von Einheitswiderständen 2021 und 2022 aus 2A anstelle der Widerstände R1 und R2 in 1A und 1B verwendet werden können, um eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 200 mit niedriger Drift bereitzustellen.
In 2A und 2B steuert eine Steuereinheit 210 mit den Schaltern S, um zu ändern, wie jede Gruppe von Widerständen konfiguriert und verbunden ist. Beispielsweise kann mit Bezug auf 2A und 2B die Steuereinheit 210 die Schalter in der Weise steuern, dass die drei Einheitswiderstände (Ra, Rb und Rc) innerhalb der Gruppe von Widerständen 2021 für eine Hälfte der Zeit parallel und innerhalb des Zweiges ”N” verbunden sind, und in der Weise, dass die drei Einheitswiderstände (Ra, Rb und Rc) innerhalb der Gruppe von Widerständen 2021 für die andere Hälfte der Zeit seriell und innerhalb des Zweigs ”CTAT” verbunden sind. In ähnlicher Weise kann die die Steuereinheit 210 die Schalter in der Weise steuern, dass die drei Einheitswiderstände (Rd, Re und Rf) innerhalb der Gruppe von Widerständen 2022 für eine Hälfte der Zeit seriell und innerhalb des Zweiges ”CTAT” verbunden sind, und in der Weise, dass die drei Einheitswiderstände (Rd, Re und Rf) innerhalb der Gruppe von Widerständen 2022 für die andere Hälfte der Zeit parallel und innerhalb des Zweigs ”N” verbunden sind.
In 2A ist jeder Schalter als einpoliger Zweifachschalter gezeigt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen sind jedoch nicht darauf begrenzt. Beispielsweise können anstelle jedes einpoligen Zweifachschalters zwei einpolige Ein-Aus-Schalter verwendet werden; dennoch werden zwei solche Schalter gemeinsam als ein Schalter bezeichnet. Die Schalter können z. B. mit CMOS-Transistoren implementiert sein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Die Steuereinheit 210 kann durch einen einfachen Zähler, eine Zustandsmaschine, einen Mikrocontroller oder einen Prozessor implementiert sein, ist aber nicht darauf begrenzt.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen können in der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mehr Gruppen von Widerständen als Zweige vorhanden sein. Als spezifisches Beispiel können X Gruppen von Widerständen vorhanden sein (z. B. ähnlich den Gruppen 2021 und 2022), wobei X ≥ 2, und jede der X Gruppen von Einheitswiderständen verbringt 1/X ihrer Zeit parallel verbunden innenhalb des Zweiges ”N” sowie 1/X der Zeit seriell verbunden in dem Zweig ”CTAT”. Sofern X > 2, kann zu jeder gegebenen Zeit wenigstens eine der X Gruppen von Widerständen nicht innerhalb der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung verbunden sein und nicht zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden, obwohl zu anderen Zeiten die Widerstände in dieser Gruppe innerhalb der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungverbunden sind und zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden. Die nicht zum Erzeugen von VGO verwendeten Widerstände (d. h. die Widerstände, die zeitweise aus der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung herausgeschaltet sind), können nicht verwendet, in einer oder mehreren anderen Schaltungen verwendet oder auf andere Weise verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen sind zu jeder gegebenen Zeit X Einheitswiderstände (die sich im Zeitverlauf ändern) parallel innerhalb des Zweiges ”N” verbunden, um den Widerstand R1 bereitzustellen, und Y Einheitswiderstände (die sich ebenfalls im Zeitverlauf ändern) sind seriell innerhalb des Zweiges ”CTAT” verbunden, um den Widerstand R2 bereitzustellen, wobei X ≠ Y. In solchen Ausführungsformen kann jeder Einheitswiderstand mehr Zeit in einem der Zweige als in dem anderem Zweig verbringen und dennoch niedrige Drift ermöglichen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Gesamtheit der Widerstände, die zu jeder gegebenen Zeit in der R1-Position verbunden sind (um den Widerstandswert R1 bereitzustellen), einige Widerstände aufweisen, die parallel verbunden sind, und andere, die seriell verbunden sind. In ähnlicher Weise kann die Gesamtheit der Widerstände, die zu jeder gegebenen Zeit in der R2-Position verbunden sind (um den Widerstandswert R2 bereitzustellen), einige Widerstände aufweisen, die parallel verbunden sind, und andere, die seriell verbunden sind. Wie schon bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind Schalter, die von einer Steuereinheit gesteuert werden, dazu verwendbar, im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich in der R1-Position befinden, und welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich in der R2-Position befinden. In diesen Ausführungsformen kann die Steuereinheit auch im Zeitverlauf ändern, welche Widerstände in der R1-Position parallel und welche seriell sind, und im Zeitverlauf ändern, welche Widerstände in der R2-Position parallel und welche seriell sind. Gemäß einer Ausführungsform sollte ein Verhältnis des von den Widerständen in der R2-Position bereitgestellten Widerstandes (der als Widerstand R2 bezeichnet werden kann) zu dem von den Widerständen in der R1-Position bereitgestellten Widerstand (der als Widerstand R1 bezeichnet werden kann) stets im Wesentlichen konstant sein (z. B. R2/R1 = 9).
Sofern mehrere Gruppen von Widerständen zum Bereitstellen der Widerstände R1 und R2 verwendet werden, kann eine Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten zum Bereitstellen von R1 und zu anderen Zeiten zum Bereitstellen von R2 verwendet werden, während eine andere Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten zum Bereitstellen von R2 und zu anderen Zeiten zum Bereitstellen von R1 verwendet werden kann, indem z. B. geändert wird, ob Widerstände innerhalb der Gruppen seriell oder parallel verbunden sind, und geändert wird, in welchen Zweig die Gruppe von Widerständen verbunden ist. In manchen solchen Ausführungsformen kann jeder Widerstand (z. B. Widerstandseinheit) immer innerhalb derselben Gruppe bleiben, obwohl sich ändern kann, wie und wo der Widerstand verbunden ist. In anderen Ausführungsformen kann ein Widerstand in verschiedene Gruppen hinein und aus ihnen hinaus bewegt (z. B. geschaltet) werden.
3 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Linearspannungsreglers 302 mit festem Ausgang, der eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 300 (z. B. 200 in 2B, aber nicht darauf begrenzt) gemäß einer Ausführungsform der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung aufweist. Die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 300 erzeugt einen Bandabstandsspannungsausgang (VGO), der einem Eingang (z. B. einem nicht-invertierenden Eingang) eines Operationsverstärkers 306 zugeführt wird, welcher als Puffer angeschlossen ist. Der andere Eingang (z. B. der invertierende Eingang) des Operationsverstärkers 306 empfängt eine Verstärkerausgangsspannung (VOUT) als Rückkopplungssignal. Die Ausgangsspannung (VOUT) bleibt durch Verwendung der Rückkopplung im Wesentlichen fest, +/– einer Toleranz (z. B. +/–1%).
4 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Linearspannungsreglers mit einstellbarem Ausgang 402, der eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung 300 (z. B. 200 in 2B, aber nicht darauf begrenzt) gemäß einer Ausführungsform der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung aufweist. Wie aus 4 ersichtlich, gilt VOUT ≈ VGO·(1 + R3/R4). Somit kann durch Auswahl der passenden Werte für die Widerstände R3 und R4 die gewünschte VOUT gewählt werden. Die Widerstände R3 und R4 können sich innerhalb des Reglers befinden oder zu dem Regler extern sein. Einer oder beide Widerstände können programmierbar oder anderweitig einstellbar sein.
5 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene, das als Zusammenfassung eines Verfahrens zur Bereitstellung einer Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung mit niedriger Drift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient. Ein solches Verfahren ist zur Verwendung mit einer Bandabstandspannungs-Referenzschaltung bestimmt, die einen Bandabstandsspannungsausgang (VGO) erzeugt, wobei die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung eine Vielzahl von Schaltungszweigen aufweist (z. B. einen Zweig ”N”, einen Zweig ”1” und einen Zweig ”CTAT”), die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspanungsausgangs (VGO) verwendet werden. Mit Bezug auf 5 erfolgt, wie bei Schritt 502 angezeigt, im Zeitverlauf eine selektive Änderung dessen, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige (z. B. des Zweigs ”N”) befinden. Außerdem erfolgt, wie bei Schritt 504 angezeigt, im Zeitverlauf eine selektive Änderung dessen, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige (z. B. des Zweigs ”CTAT”) befinden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen können die Schritte 502 und 504 in der Weise durchgeführt werden, dass die Widerstände, die innerhalb des ersten der Schaltungszweige (z. B. des Zweigs ”N”) verbunden sind, gemeinsam stets einen im Wesentlichen konstanten ersten Widerstand (R1) bereitstellen sollten, und die Widerstände, die innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden sind, gemeinsam stets einen im Wesentlichen konstanten zweiten Widerstand (R2) bereitstellen sollten. Hierdurch wird ein zu dem ersten Widerstand stets im Wesentlichen konstantes Verhältnis des zweiten Widerstandes sichergestellt. Es gibt jedoch andere Wege, das Konstantbleiben dieses Verhältnisses sicherzustellen, die ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Wie oben mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben, lässt sich Schritt 502 bewerkstelligen, indem eine erste Gruppe von Widerständen zu einigen Zeiten parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden wird und eine zweite Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden wird. In ähnlicher Weise lässt sich Schritt 504 bewerkstelligen, indem die zweite Gruppe von Widerständen zu einigen Zeiten seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden wird und die erste Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden wird. Zusätzliche und alternative Details von Verfahren der vorliegenden Erfindung sind aus der oben ausgeführten Beschreibung ersichtlich.
Die vorangehende Beschreibung bezieht sich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsformen sind zum Zweck der Illustration und Beschreibung vorgelegt worden, sollen aber nicht erschöpfend sein oder die Erfindung genau auf die offenbarten Formen begrenzen. Für den Fachmann sind zahlreiche Modifikationen und Variationen ersichtlich. Beispielsweise können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen anderen Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen verwendet werden, die Verstärkungswiderstände R1 und R2 aufweisen. Somit ist eine Begrenzung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur auf die Verwendung mit den in 1A und 1B gezeigten Bandabstandsspannungs-Referenzschaltungen nicht beabsichtigt.
In den Figuren sind die als Diode geschalteten Transistoren zwar als NPN-Transistoren gezeigt, jedoch können es alternativ auch als Diode geschaltete PNP-Transistoren sein.
Weiterhin ist in 1A zwar jede Stromquelle als mit einem einzelnen PMOS-Transistor implementiert gezeigt, jedoch können die Stromquellen alternativ auch mit PNP-Transistoren oder kaskodierten Stromquellen, die PMOS- oder PNP-Transistoren aufweisen, implementiert sein, wie aus den allgemeineren 1B und 2B ersichtlich. Dies sind nur einige Beispiele, die nicht begrenzend sein sollen.
In den Figuren sind die Stromquellen zwar als mit der hohen Versorgungsspannung verbunden gezeigt, jedoch ist dies nicht notwendig. Beispielsweise können die Stromquellen in alternativen Ausführungsformen zwischen den als Diode geschalteten Transistoren und der niedrigen Versorgungsspannung, z. B. Erde, verbunden sein, um dadurch zu bewirken, dass Iptat äquivalent durch jeden Zweig fließt. Solche Ausführungsformen liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Weiterhin werden, obwohl der Strom Iptat in diesen alternativen Ausführungsformen als ”gezogen” anstelle von ”zugeführt” angesehen werden kann, die Vorrichtungen, die zum Bewirken des Fließens von Iptat verwendet werden, dennoch als Stromquellen bezeichnet.
Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung bestmöglich zu beschreiben und dadurch anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Leichte Modifikationen und Variationen gelten als innerhalb des Gedankens und Umfangs der vorliegenden Erfindung liegend. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt ist.

Claims

Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung zum Erzeugen eines Bandabstandsspannungsausgangs (VGO), umfassend: eine Vielzahl von Widerständen; eine Vielzahl von Schaltungszweigen der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden; und eine Vielzahl von Schaltern, um im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige befinden, und welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige befinden.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, wobei zu jeder gegebenen Zeit die Widerstände, die innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden sind, einen ersten Widerstand bereitstellen und die Widerstände, die innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden sind, einen zweiten Widerstand bereitstellen und die Werte der ersten und zweiten Widerstände sich im Zeitverlauf ändern können, solange ein Verhältnis des zweiten Widerstandes zu dem ersten Widerstand im Wesentlichen konstant bleibt.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Widerständen eine erste Gruppe von Widerständen und eine zweite Gruppe von Widerständen aufweist und die Vielzahl von Schaltern aufweist: eine erste Gruppe von Schaltern verbindet die erste Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten selektiv parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige und verbindet die erste Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten selektiv seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige; und eine zweite Gruppe von Schaltern verbindet die zweite Gruppe von Widerständen zu manchen Zeiten selektiv seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige und verbindet die zweite Gruppe von Widerständen zu anderen Zeiten selektiv parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 3, wobei jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen einen Einheitswiderstand umfasst, der im Wesentlichen dieselbe Größe hat wie die anderen Einheitswiderstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 4, wobei jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen eine ungefähr gleiche Zeitmenge parallel innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden wie seriell innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden verbringt.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 4, wobei die erste Gruppe von Widerständen drei der Einheitswiderstände umfasst und die zweite Gruppe von Widerständen drei weitere der Einheitswiderstände umfasst.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, wobei jeder aus der Vielzahl von Widerständen einen Einheitswiderstand umfasst, der im Wesentlichen dieselbe Größe hat wie die anderen Widerstände innerhalb der Vielzahl von Widerständen.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Widerstände eine ungefähr gleiche Menge innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden wie innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden verbringt.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens einige der Widerstände wenigstens einige Zeit nicht innerhalb eines aus der Vielzahl von Schaltungszweigen verbunden verbringen, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden, obwohl zu anderen Zeiten die wenigstens einigen der Widerstände Zeit innerhalb eines oder mehrerer aus der Vielzahl von Schaltungszweigen verbunden verbringen, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden.
Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Steuereinheit zum Steuern der Schalter.
Verfahren zur Verwendung mit einer Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung, die einen Bandabstandsspannungsausgang (VGO) erzeugt, wobei die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung eine Vielzahl von Schaltungszweigen, die gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden, und eine Vielzahl von Widerständen umfasst, wobei das Verfahren umfasst: (a) im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige befinden; und (b) im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige befinden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Schritte (a) und (b) in der Weise durchgeführt werden, dass zu jeder gegebenen Zeit die Widerstände, die innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden sind, einen ersten Widerstand bereitstellen und die Widerstände, die innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden sind, einen zweiten Widerstand bereitstellen; und die Werte der ersten und zweiten Widerstände sich im Zeitverlauf ändern können, solange ein Verhältnis des zweiten Widerstandes zu dem ersten Widerstand im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Widerständen eine erste Gruppe von Widerständen und eine zweite Gruppe von Widerständen aufweist und wobei Schritt (a) umfasst, (a.1) eine erste Gruppe der Widerstände zu manchen Zeiten parallel zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige zu verbinden und (a.2) eine zweite Gruppe der Widerstände zu anderen Zeiten parallel zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige zu verbinden, und Schritt (b) umfasst, (a.1) die zweite Gruppe der Widerstände zu manchen Zeiten seriell zueinander innerhalb des zweiten der Schaltungszweige zu verbinden und (a.2) die erste Gruppe der Widerstände zu anderen Zeiten seriell zueinander innerhalb des ersten der Schaltungszweige zu verbinden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen der Widerstände einen Einheitswiderstand umfasst, der im Wesentlichen dieselbe Größe hat wie die anderen Einheitswiderstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen der Widerstände.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Schritte (a) und (b) in der Weise durchgeführt werden, dass jeder der Widerstände innerhalb der ersten und zweiten Gruppen der Widerstände eine ungefähr gleiche Zeitmenge innerhalb des ersten der Schaltungszweige parallel verbunden wie innerhalb des zweiten der Schaltungszweige seriell verbunden verbringt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Schritte (a) und (b) in der Weise durchgeführt werden, dass jeder der Widerstände eine ungefähr gleiche Zeitmenge innerhalb des ersten der Schaltungszweige verbunden wie innerhalb des zweiten der Schaltungszweige verbunden verbringt.
Spannungsregler, umfassend: eine Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung zum Erzeugen eines Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) und einen Operationsverstärker, der einen nicht-invertierenden (+) Eingang, welcher den Bandabstandsspannungsausgang (VGO) empfängt, einen invertierenden (–) Eingang und einen Ausgang, welcher den Spannungsausgang (VOUT) des Spannungsreglers erzeugt, aufweist; wobei die Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung eine Vielzahl von Widerständen; eine Vielzahl von Schaltungszweigen der Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung, welche gemeinsam zum Erzeugen des Bandabstandsspannungsausgangs (VGO) verwendet werden, und eine Vielzahl von Schaltern, um im Zeitverlauf selektiv zu ändern, welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines ersten der Schaltungszweige befinden, und welche der Widerstände so verbunden sind, dass sie sich innerhalb eines zweiten der Schaltungszweige befinden, aufweist.
Spannungsregler gemäß Anspruch 17, wobei der invertierende (–) Eingang des Operationsverstärkers mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist.
Spannungsregler gemäß Anspruch 18, wobei der Spannungsregler einen Linearspannungsregler mit festem Ausgang umfasst.
Spannungsregler gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend: einen Widerstandsteiler zum Erzeugen einer weiteren Spannung in Abhängigkeit von dem Spannungsausgang (VOUT) des Spannungsreglers; wobei der invertierende (–) Eingang des Operationsverstärkers die von dem Widerstandsteiler erzeugte weitere Spannung empfängt.
Spannungsregler gemäß Anspruch 20, wobei der Spannungsregler einen Linearspannungsregler mit einstellbarem Ausgang umfasst.
Spannungsregler gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend: eine Steuereinheit zum Steuern der Schalter.