DE102017127478B4 - Device and method for generating a reference voltage - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
eine erste Reihenschaltung, die einen ersten Widerstand (11) und eine erste Diodenanordnung (13) umfasst, wobei die erste Reihenschaltung zwischen eine erste Spannung (10) und eine zweite Spannung zu koppeln ist,
eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten Widerstand (12) und eine zweite Diodenanordnung (14) umfasst, wobei die zweite Diodenanordnung (14) von der ersten Diodenanordnung (13) verschieden ist, wobei die zweite Reihenschaltung zwischen die erste Spannung (10) und die zweite Spannung zu koppeln ist,
einen ersten Kondensator (17), wobei ein erster Anschluss des ersten Kondensators (17) über einen ersten Schalter (15) mit einem ersten Knoten zwischen dem ersten Widerstand (11) und der ersten Diodenschaltung (13) verbunden ist und über einen zweiten Schalter (114) mit der zweiten Spannung zu verbinden ist,
einen zweiten Kondensator (110), wobei ein erster Anschluss des zweiten Kondensators (110) über einen dritten Schalter (16) mit einem zweiten Knoten zwischen dem zweiten Widerstand (12) und der zweiten Diodenanordnung (14) verbunden ist und über einen vierten Schalter (18) mit der zweiten Spannung zu verbinden ist,
wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators (17) mit einem zweiten Anschluss (110) des zweiten Kondensators verbunden ist, und
eine Steuerung (112), wobei die Steuerung eingerichtet ist, in einer ersten Betriebsphase den ersten (15) und den vierten (18) Schalter zu öffnen und den zweiten (114) und den dritten (16) Schalter zu schließen, und in einer zweiten Betriebsphase den ersten (15) und den vierten (18) Schalter zu schließen und den zweiten (114) und den dritten (16) Schalter zu öffnen.
Device comprising:
a first series circuit comprising a first resistor (11) and a first diode arrangement (13), the first series circuit to be coupled between a first voltage (10) and a second voltage,
a second series connection comprising a second resistor (12) and a second diode arrangement (14), the second diode arrangement (14) being different from the first diode arrangement (13), the second series connection between the first voltage (10) and the second voltage is to be coupled,
a first capacitor (17), a first terminal of the first capacitor (17) being connected via a first switch (15) to a first node between the first resistor (11) and the first diode circuit (13) and via a second switch ( 114) is to be connected to the second voltage,
a second capacitor (110), a first terminal of the second capacitor (110) being connected via a third switch (16) to a second node between the second resistor (12) and the second diode arrangement (14) and via a fourth switch ( 18) is to be connected to the second voltage,
wherein a second terminal of the first capacitor (17) is connected to a second terminal (110) of the second capacitor, and
a controller (112), the controller being arranged to open the first (15) and the fourth (18) switch and to close the second (114) and the third (16) switch in a first phase of operation, and in a second Operating phase to close the first (15) and the fourth (18) switch and to open the second (114) and the third (16) switch.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Referenzspannungen in elektronischen Schaltungen.The present application relates to methods and devices for generating reference voltages in electronic circuits.
Hintergrundbackground
Integrierte Schaltungen umfassen in vielen Fällen digitale und analoge Schaltungsteile. Eine Aufgabe einer oder mehrere analoger Schaltungen in einer solchen integrierten Schaltung besteht in manchen Fällen darin, eine konstante Spannung, wie eine Referenzspannung, oder einen konstanten Strom bereitzustellen. Konstant bedeutet hier, dass die Spannung oder Strom wenigstens über einem bestimmten Temperaturbereich oder einem Bereich einer externen Versorgungsspannung näherungsweise konstant, d.h. konstant innerhalb einer bestimmten akzeptablen Toleranz ist. Eine solche konstante Spannung wird zum Beispiel verwendet, um eine Störung einer externen Versorgungsspannung in herkömmlichen Schaltungen zu detektieren.In many cases, integrated circuits include digital and analog circuit parts. A task of one or more analog circuits in such an integrated circuit is in some cases to provide a constant voltage, such as a reference voltage, or a constant current. Constant here means that the voltage or current is approximately constant, i.e. constant within a certain acceptable tolerance, at least over a certain temperature range or a range of an external supply voltage. Such a constant voltage is used, for example, to detect a fault in an external supply voltage in conventional circuits.
Zum Bereitstellen von konstanten Spannungen werden verbreitet sogenannte Bandlückenspannungsreferenzschaltungen (auch als Bandlückenschaltungen bezeichnet) verwendet, die eine Referenzspannung bereitstellen, die wenigstens näherungsweise der Bandlücke von Silizium, d.h. etwa 1,25 V, entspricht. Jedoch wird bei modernen Technologien wie 40 Nanometer-Technologies oder kleiner häufig eine Versorgungsspannung verwendet, die in der Größenordnung der Bandlückenspannung (zum Beispiel eine Versorgungsspannung von 1,3 V) oder sogar darunter liegt, da ein Verkleinern der Technologie zu kleineren Größen aufgrund einer entsprechenden Abnahme der Dicke von Gateoxiden mit kleineren Versorgungsspannungen einhergeht. Aufgrund von Anforderungen hinsichtlich Leckströmen werden Schwellenspannungen von Transistoren nicht auf die gleiche Weise verkleinert.So-called bandgap voltage reference circuits (also referred to as bandgap circuits) are widely used to provide constant voltages, which provide a reference voltage that corresponds at least approximately to the bandgap of silicon, i.e. about 1.25 V. However, modern technologies such as 40 nanometer technologies or smaller often use a supply voltage that is in the order of the bandgap voltage (e.g. a supply voltage of 1.3 V) or even lower, since scaling down the technology to smaller sizes due to a corresponding Decreasing the thickness of gate oxides is associated with smaller supply voltages. Due to leakage current requirements, threshold voltages of transistors are not reduced in the same way.
Mit solch niedrigen Versorgungsspannungen können herkömmliche Bandlückenreferenzschaltungen ein Anlaufproblem aufweisen und/oder eine Spannung erzeugen, die für manche Zwecke zu hoch ist.With such low supply voltages, conventional bandgap reference circuits may have a start-up problem and/or generate a voltage that is too high for some purposes.
Des Weiteren ist es allgemein erwünscht, Schaltungen zum Erzeugen einer konstanten Spannung möglichst einfach auszugestalten, beispielsweise um einen Flächenbedarf oder einen Implementierungsaufwand zu senken.Furthermore, it is generally desirable to design circuits for generating a constant voltage as simply as possible, for example in order to reduce the area requirement or the implementation complexity.
Die
Die Karel E. Kuijk, „A precision reference voltage source“. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-8, Nr. 3, Juni 1973, offenbart eine Bandlückenreferenzspannung, bei welcher Spannungen an Knoten zwischen entsprechenden Widerständen und als Dioden geschalteten Transistoren verwendet werden.Die Karel E. Kuijk, "A precision reference voltage source". In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-8, No. 3, June 1973 discloses a bandgap reference voltage using voltages at nodes between respective resistors and diode-connected transistors.
Kurzdarstellungabstract
Es werden eine Schaltung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.A circuit according to
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
- eine erste Reihenschaltung, die einen ersten Widerstand und
- eine erste Diodenanordnung umfasst, wobei die erste Reihenschaltung zwischen eine erste Spannung und eine zweite Spannung zu koppeln ist,
- eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten Widerstand und eine zweite Diodenanordnung umfasst, wobei die zweite Diodenanordnung von der ersten Diodenanordnung verschieden (d.h. unterschiedlich) ist, wobei die zweite Reihenschaltung zwischen die erste Spannung und die zweite Spannung zu koppeln ist,
- einen ersten Kondensator, wobei ein erster Anschluss des ersten Kondensators über einen ersten Schalter mit einem ersten Knoten zwischen dem ersten Widerstand und der ersten Diodenschaltung verbunden ist und über einen zweiten Schalter mit der zweiten Spannung zu verbinden ist,
- einen zweiten Kondensator, wobei ein erster Anschluss des zweiten Kondensators über einen dritten Schalter mit einem zweiten Knoten zwischen dem zweiten Widerstand und der zweiten Diodenanordnung verbunden ist und über einen vierten Schalter mit der zweiten Spannung zu verbinden ist,
- wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, und eine Steuerung, wobei die Steuerung eingerichtet ist, in einer ersten Betriebsphase den ersten und den vierten Schalter zu öffnen und den zweiten und den dritten Schalter zu schließen, und in einer zweiten Betriebsphase den ersten und den vierten Schalter zu schließen und den zweiten und den dritten Schalter zu öffnen.
- a first series circuit including a first resistor and
- comprises a first diode arrangement, wherein the first series connection is to be coupled between a first voltage and a second voltage,
- a second series circuit comprising a second resistor and a second diode arrangement, the second diode arrangement being distinct (ie different) from the first diode arrangement, the second series circuit to be coupled between the first voltage and the second voltage,
- a first capacitor, wherein a first terminal of the first capacitor is connected via a first switch to a first node between the first resistor and the first diode circuit and is to be connected via a second switch to the second voltage,
- a second capacitor, wherein a first terminal of the second capacitor is connected to a second node between the second resistor and the second diode arrangement via a third switch and is to be connected to the second voltage via a fourth switch,
- wherein a second terminal of the first capacitor is connected to a second terminal of the second capacitor, and a controller, wherein the controller is set up to open the first and the fourth switch and to close the second and the third switch in a first operating phase, and to close the first and the fourth switch and to open the second and the third switch in a second phase of operation.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
- Verbinden eines ersten Anschusses eines ersten Kondensators mit einer Referenzspannung und Laden eines ersten Anschlusses eines zweiten Kondensators auf eine zweite Knotenspannung zwischen einem zweiten Widerstand und einer zweiten Diodenanordnung in einer ersten Betriebsphase,
- Laden des ersten Anschlusses des ersten Kondensators auf eine erste Knotenspannung zwischen einem ersten Widerstand und einer von der zweiten Diodenanordnung verschiedenen (d.h. unterschiedlichen) ersten Diodenanordnung und Verbinden des ersten Anschlusses des zweiten Kondensators mit der Referenzspannung in einer zweiten Betriebsphase,
- wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, und Ausgeben einer Spannung an dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators und dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators.
- connecting a first terminal of a first capacitor to a reference voltage and charging a first terminal of a second capacitor to a second node voltage between a second resistor and a second diode arrangement in a first phase of operation,
- charging the first terminal of the first capacitor to a first node voltage between a first resistor and a first diode arrangement different (ie different) from the second diode arrangement and connecting the first terminal of the second capacitor to the reference voltage in a second phase of operation,
- wherein a second terminal of the first capacitor is connected to a second terminal of the second capacitor, and outputting a voltage at the second terminal of the first capacitor and the second terminal of the second capacitor.
Die obige Kurzdarstellung ist lediglich als eine knappe Übersicht über manche mögliche Implementierungen zu verstehenund nicht als einschränkend auszulegen. Insbesondere können andere Ausführungsformen andere Merkmale als die oben erläuterten verwenden.The summary above is intended only as a brief overview of some possible implementations and should not be construed as limiting. In particular, other embodiments may use features other than those discussed above.
Figurenlistecharacter list
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1A bis1C sind Schaltungsdiagramme einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel in verschiedenen Betriebsphasen.1A until1C -
2 zeigt eine herkömmliche Schaltung zur Erzeugung einer Bandlückenspannung, welche zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen verwendet wird.2 shows a conventional circuit for generating a bandgap voltage, which is used to explain exemplary embodiments. -
3 zeigt Beispielkurven zum Veranschaulichen der Schaltung aus2 .3 shows example curves to illustrate thecircuit 2 . -
4A und4B zeigen Schaltbilder zum Vergleichen von manchen Ausführungsbeispielen mit einer herkömmlichen Lösung.4A and4B show circuit diagrams for comparing some embodiments with a conventional solution. -
5 zeigt eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.5 shows a circuit according to an embodiment. -
6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.6 FIG. 12 is a flowchart illustrating a method according to an embodiment. -
7-10 zeigen Simulationsergebnisse zur Veranschaulichung der Funktionsweise von Ausführungsbeispielen.7-10 show simulation results to illustrate the functioning of exemplary embodiments. -
11 zeigt eine Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.11 shows a circuit according to a further embodiment.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind lediglich als Beispiel zu betrachten und sind nicht als einschränkend aufzufassen. Beispielsweise können bei anderen Ausführungsbeispielen manche von beschriebenen Merkmalen oder Komponenten weggelassen werden und/oder durch alternative Merkmale oder Komponenten ersetzt werden. Merkmale oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Variationen und Modifikationen, die im Hinblick auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden. Des Weiteren können andere Merkmale oder Komponenten als die beschriebenen oder gezeigten bereitgestellt sein, beispielsweise in herkömmlichen Bandlückenschaltungen oder Schaltungen zur Erzeugung einer Referenzspannung verwendete Merkmale oder Komponenten.Various exemplary embodiments are described in detail below with reference to the accompanying drawings. These embodiments are to be considered as examples only and are not to be construed as limiting. For example, in other embodiments, some of the features or components described may be omitted and/or replaced with alternative features or components. Features or components of different embodiments can be combined to form further embodiments. Variations and modifications described with respect to one embodiment may also be applied to other embodiments. Furthermore, features or components other than those described or shown may be provided, for example features or components used in conventional bandgap circuits or circuits for generating a reference voltage.
Direkte Verbindungen oder Kopplungen, die in den Zeichnungen gezeigt oder im Folgenden beschrieben sind, d.h. elektrische Verbindungen oder Kopplungen ohne dazwischenliegende Elemente (beispielsweise einfache Metallleiterbahnen) können auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung realisiert werden, d.h. eine Verbindung oder Kopplung, die ein oder mehrere zusätzliche dazwischenliegende Element umfasst, und umgekehrt, solange die generelle Funktionsweise der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise ein Bereitstellen einer Spannung, ein Bereitstellen eines Stroms oder ein Bereitstellen eines Steuersignals, im Wesentlichen beibehalten wird.Direct connections or couplings shown in the drawings or described below, i.e. electrical connections or couplings without intervening elements (e.g. simple metal conductor tracks) can also be realized by an indirect connection or coupling, i.e. a connection or coupling involving one or more comprises additional intervening elements, and vice versa, as long as the general functioning of the connection or coupling, for example providing a voltage, providing a current or providing a control signal, is essentially retained.
Die
Die Schaltung der
Die erste Diodenanordnung 13 umfasst eine oder mehrere Dioden, die parallel geschaltet sein können. Eine Diode im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf eine reine Diode (zum Beispiel einen einfachen PN-Übergang) beschränkt, sondern Dioden im Sinne der vorliegenden Anmeldung können beispielsweise auch als Dioden verschaltete Transistoren implementiert sein, beispielsweise durch Bipolartransistoren, deren Kollektor- und Basisanschlüsse miteinander gekoppelt werden.The
Der erste Widerstand 11 weist einen Widerstandswert R auf. An einem ersten Knoten zwischen dem ersten Widerstand 11 und der ersten Diodenanordnung 14 liegt im Betrieb eine Spannung U1 an.The
Des Weiteren umfasst die Schaltung der
Der zweite Widerstand 12 weist bei dem Ausführungsbeispiel der
Die Widerstände 11, 12 können als beliebige Schaltungskomponenten implementiert sein, die einen ohmschen Widerstand bereitstellen, der einen ohmschen Widerstand einer einfachen Metallverbindung überschreitet, beispielsweise einen Widerstand von mehr als etwa 5 Ω. In vielen Ausführungsbeispielen können Widerstandswerte in kΩ, MΩ oder sogar GΩ-Bereich verwendet werden. Außer herkömmlichen Widerständen wie Schichtwiderständen können Widerstände zum Beispiel auch als Transistoren implementiert sein, die vorgespannt sind, um einen gewünschten ohmschen Widerstand zwischen ihrem Source und Drain oder Kollektor- und Emitteranschluss bereitzustellen.The
Im Betrieb liegt an einem zweiten Knoten zwischen dem zweiten Widerstand 12 und der zweiten Diodenanordnung 14 eine Spannung Un.During operation, there is a voltage U n at a second node between the
Die Schaltung der
Des Weiteren weist die Schaltung der
Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 17 ist wie dargestellt mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 110 und über einen fünften Schalter 113 mit Masse verbunden. Des Weiteren ist der zweite Ausgang des ersten Kondensators 17 und der zweite Ausgang des zweiten Kondensators 110 über einen sechsten Schalter 19 mit einem Ausgang verbunden, welcher einen mit Masse verbundenen Ausgangskondensator 111 wie dargestellt aufweist. Der Ausgangskondensator 111 weist eine Kapazität Chold auf.A second terminal of the
Eine Steuerung 112 ist bereitgestellt, um die Schalter 15, 114, 16, 18, 113 und 19 zu steuern. Die Steuerung 112 kann beispielsweise einen Microcontroller, eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder auch einen entsprechend programmierten Prozessor umfassen.A
Die
Eine zweite Betriebsphase ist in
Dies kann umgeformt werden zu
Wie später erläutert werden wird, gilt bei einer herkömmlichen Bandlückenschaltung, welche Spannungen U1 und Un verwendet, die wie in
Es wird hier also bei einer typischen Größe der Konstanten const eine Referenzspannung von etwa 50 mV erzeugt. Zudem ist bei der Wahl der Kapazitäten gemäß Gleichung (4), da die Bandlückenspannung Vbgp im Wesentlichen temperaturunabhängig ist, auch Post_C im Wesentlichen temperaturunabhängig. Es wird also die Spannung Post_C auf eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Spannung der Größenordnung 50 mV eingestellt. Zu bemerken ist, dass Gleichung (4) nicht exakt erfüllt sein muss und C1/C2 beispielsweise zwischen 1 und 1,2 liegen kann. Dies kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine gewisse Robustheit z.B. hinsichtlich Herstellungstoleranzen oder anderen Abweichungen der Kapazitätswerte C1, C2 der entsprechenden Kondensatoren 17, 110 bedeuten.A reference voltage of about 50 mV is generated here with a typical size of the constant const. In addition, when choosing the capacitances according to Equation (4), since the bandgap voltage V bgp is essentially temperature-independent, Post_C is also essentially temperature-independent. The voltage Post_C is therefore set to an essentially temperature-independent voltage of the order of 50 mV. It should be noted that equation (4) does not have to be fulfilled exactly and C 1 /C 2 can be between 1 and 1.2, for example. In some exemplary embodiments, this can mean a certain degree of robustness, for example with regard to manufacturing tolerances or other deviations in the capacitance values C 1 , C 2 of the corresponding
In einer dritten Betriebsphase, die in
Wenn eine andere Ausgangsspannung als 50 mV gewünscht wird, kann die Spannung Post_C auch noch zusätzlich mit herkömmlichen Vorrichtungen, beispielsweise einem Multiplizierer, vervielfacht werden, um eine gewünschte Spannung zu erreichen. Dies ist in
Die
Nunmehr wird die obige Gleichung (3), welche zur Herleitung der Gleichung (5) mit der Gleichung (2) verglichen wurde, unter Bezugnahme auf die
In
Die folgende Gleichung beschreibt einen Strom I durch eine Diodenanordnung:
Unter der Annahme, dass eU größer als kT ist, kann Gleichung (1) für die erste Diodenanordnung 20 wie folgt angenähert werden:
Kombinieren der Gleichungen (8) und (9) ergibt:
Gleichung (11) beschreibt daher die Kurve 33 aus
Andererseits kann die Kurve 31 aus
Bei einer herkömmlichen Bandlückenreferenzschaltung sind einerseits die erste Diodenanordnung 20 und die Reihenschaltung des Widerstands 22 und andererseits die zweite Diodenanordnung 21 über die jeweiligen Widerstände 23, 24 mit einer Versorgung gekoppelt. Diese Versorgung wird in herkömmlichen Schaltungen wie derjenigen der
Damit gilt:
Da Vbgp die Spannung ist, die durch den oben erwähnten Differenzverstärker an die Zweige angelegt wird, gilt des Weiteren:
Kombinieren von (16) und (17) ergibt:
Zusammen mit (12) führt (18) zu:
Die Bandlückenspannung Vbgp, die sich aus dieser Anordnung ergibt, ist eine Konstante, d. h. ist im Wesentlichen temperaturunabhängig. Gleichung (18) kann auch wie folgt geschrieben werden:
Bei der herkömmlichen Gestaltung aus
Diese Gleichung (21) entspricht im Wesentlichen der Gleichung (3), wobei für die Bandlückenspannung von Silizium für RT/RB die oben erwähnte Konstante const, z.B. ungefähr gleich 11,3, gewählt wird.This equation (21) essentially corresponds to equation (3), where the above-mentioned constant const, eg approximately equal to 11.3, is chosen for the band gap voltage of silicon for R T /R B .
Genauer gesagt wird RT/RB und somit const derart gewählt, dass sich aus Gleichung (21) bei Raumtemperatur etwa die Bandlückenspannung , die bei etwa 1,2 eV liegt, ergibt. Aus Gleichung (20) ergibt sich hierzu:
Die Konstante const wird somit in Abhängigkeit von U1 bei Raumtemperatur sowie dem Skalierungsfaktor n gewählt, beispielsweise so, dass die oben erläuterten Gleichungen, insbesondere Gleichung (22), zumindest näherungsweise, z.B. mit einer Toleranz von 10%, erfüllt ist. kT/e ist bei Raumtemperatur 25.7 meV. U1 ergibt sich aus der Gleichung (12), wobei a eine implementierungsabhängige Konstante ist, die insbesondere vom (implementierungsabhängigen) Diffusionsstrom abhängt. Falls eine andere Betriebstemperatur als Raumtemperatur für die Schaltung vorgesehen ist, kann const so gewählt sein, dass die Gleichungen für diese Betriebstemperatur erfüllt sind. Wird für die Diodenanordnungen ein anderes Halbleitermaterial als Silizium verwendet, kann die Bandlücke Vbgp dieses Halbleitermaterials verwendet werden.The constant const is thus selected as a function of U 1 at room temperature and the scaling factor n, for example such that the equations explained above, in particular equation (22), are at least approximately satisfied, for example with a tolerance of 10%. kT/e is 25.7 meV at room temperature. U 1 results from equation (12), where a is an implementation-dependent constant that depends in particular on the (implementation-dependent) diffusion current. If an operating temperature other than room temperature is intended for the circuit, const can be chosen such that the equations for this operating temperature are satisfied. If a semiconductor material other than silicon is used for the diode arrangements, the band gap V bgp of this semiconductor material can be used.
Bei typischen Implementierungen von Dioden ergibt sich U1 bei Raumtemperatur zu etwa 600meV (bei 0K würde die Diodenspannung zumindest in etwa der Bandlückenspannung entsprechen). Der Skalierungsfaktor n kann beispielsweise gleich 8 gewählt werden. Hieraus ergibt sich dann der angesprochene Wert von etwa 11,3 für const.For typical diode implementations, U 1 results in about 600meV at room temperature (at 0K the diode voltage would be at least about the bandgap voltage). The scaling factor n can be chosen equal to 8, for example. This results in the mentioned value of about 11.3 for const.
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Die
Während bei der Ausführungsform der
An einem Knoten zwischen dem ersten Widerstand 237 und einer ersten Diodenanordnung 239 wird eine Spannung U1 abgegriffen und an einem Knoten zwischen dem zweiten Widerstand 238 und der zweiten Diodenanordnung 2310 wird eine Spannung Un abgegriffen. De Spannungen U1, Un werden an eine Referenzschaltung 2311 geliefert, um eine Referenzspannung bereitzustellen. Die Referenzschaltung 2311 kann wie zuvor unter Bezugnahme auf
Die Referenzspannung, die durch die Referenzschaltung 2311 berechnet wird, wird als Referenzspannung ausgegeben und wird zusätzlich, wie durch einen Pfeil 2313 angegeben, an einen Widerstand 231 und einen Stromspiegel, der durch die Transistoren 232, 233 gebildet ist, rückgekoppelt, um einen Referenzstrom zu erzeugen. Bei anderen Ausführungsformen kann eine andere Referenzspannung anstelle der Referenzspannung, die durch die Berechnungsschaltung 2311 erzeugt wird, verwendet werden, um den Referenzstrom zu erzeugen. Dieser Referenzstrom wird an einen weiteren Stromspiegel geliefert, der die Transistoren 234, 235, 236 umfasst, um zwei gespiegelte Ströme zu erzeugen, wobei einer an den Knoten zwischen dem ersten Widerstand 237 und der ersten Diodenanordnung 239 geliefert wird und ein zweiter an den Knoten zwischen dem zweiten Widerstand 238 und der zweiten Diodenanordnung 2310 geliefert wird. Dies stellt sicher, dass der gleiche Strom zu einem Stromfluss durch die erste und zweite Diodenanordnung 239, 2310 jeweils zusätzlich zu einem Strom von den Widerständen 237, 238 hinzugefügt wird. Dies reduziert eine Abhängigkeit eines Gesamtstroms durch die Diodenanordnungen 239, 2310 von der Versorgungsspannung 230.The reference voltage calculated by the
Bei manchen Ausführungsformen sind die Stromspiegel so gestaltet, dass die zwei gespiegelten Ströme in einem eingeschwungenen Zustand erheblich größer als Ströme durch die Widerstände 237, 238, zum Beispiel wenigstens zehnmal größer, sind. Bei solchen Ausführungsformen werden Gesamtstromvariationen, die durch Versorgungsspannungsvariationen bewirkt werden, minimiert. Zum Beispiel können Ströme durch die Widerstände 237, 238 in einem eingeschwungenen Zustand etwa 1 nA betragen und die zwei gespiegelten Ströme können etwa 99 mA oder 100 mA betragen.In some embodiments, the current mirrors are designed such that the two mirrored currents in a steady state are significantly larger than currents through
Eingeschwungener Zustand verweist hier auf einen Zustand eine gewisse Zeit nach dem Anlaufen. Beim Anlaufen fließt zuerst nur der Strom durch die Widerstände 237 und 238, bis sich die Referenzspannung aufbaut und die Stromrückkopplung aktiv wird.Steady state here refers to a state some time after start-up. At start-up only current flows through
Es ist anzumerken, dass im Gegensatz zu dem in
Die
Bei 60 in
In Schritt 61 wird ein erster Kondensator, beispielsweise der erste Kondensator 17 der
Im Folgenden wird die Funktionsweise hier beschriebener Ausführungsbeispiele anhand von Simulationsergebnissen unter Bezugnahme auf die
Die
Wie in
Die
Die
Somit ist aus den Simulationen ersichtlich, dass mit den diskutierten Techniken eine im Wesentlichen konstante Referenzspannung bereitgestellt werden kann, insbesondere eine Referenzspannung von näherungsweise 50 mV. Wie erläutert kann diese Referenzspannung durch entsprechende Schaltungen wie Multiplizierer dann auf eine benötigte Referenzspannung gebracht werden.Thus, it can be seen from the simulations that a substantially constant reference voltage can be provided with the techniques discussed, in particular a reference voltage of approximately 50 mV. As explained, this reference voltage can then be brought to a required reference voltage by appropriate circuits such as multipliers.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.The illustrated embodiments are for illustrative purposes only and are not to be construed as limiting.
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GB2308684A (en) | 1995-12-22 | 1997-07-02 | Motorola Inc | Switched capacitor voltage reference circuit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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KUIJK, K.E.: A precision reference voltage source. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 8, Juni 1973, no. 3, S. 222-226. |
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