DE19927007B4

DE19927007B4 - Bandlücken-Bezugsspannung- Erzeugungsschaltung

Info

Publication number: DE19927007B4
Application number: DE19927007A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Onodera
Original assignee: NEC Electronics Corp; NEC Corp
Current assignee: Longitude Licensing Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2019-06-06
Also published as: KR100301605B1; DE19927007A1; CN1238483A; TW426819B; JPH11353045A; JP3476363B2; CN1139855C; US6084391A; KR20000005951A

Abstract

Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine erste unitäre Schaltung, die einen ersten Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen schaltenden zweiten Transistor eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten (Strom- bzw. Energie-)Versorgungsspannung und einer zweiten (Strom- bzw. Energie-)Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, eine zweite unitäre Schaltung, die einen ersten Widerstand, einen dritten Transistor des ersten Leitfähigkeitstyps und einen schaltenden vierten Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, eine dritte unitäre Schaltung, die einen zweiten Widerstand und einen schaltenden fünften Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, und eine vierte unitäre Schaltung, die einen schaltenden sechsten Transistor des ersten Leitfähigkeitstyps und einen siebten Lasttransistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen der...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung und genauer auf eine Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, die eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit aufweist.

Weil als Spannung zum Antreiben einer integrierten Schaltung und anderen eine stabilisierte Referenzspannung/Vergleichsspannung erforderlich ist, werden Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltungen im Stand der Technik verwendet. Bezugnehmend auf 1 ist dort ein Schaltungsschema eines Beispiels der Stand-der-Technik-Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung gezeigt.

Die Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung des Standes der Technik, die in 1 gezeigt ist, schließt erste, zweite und dritte unitäre Schaltungen 1A, 2A und 3A ein und wird mit einer Strom- bzw. Energie-Versorgungsspannung Vdd (Anm.: im folgenden nur kurz „Versorgungsspannung") versorgt, um eine Referenzspannung Vo zu erzeugen, die durch eine Bandstruktur eines Halbleiters durch Herbeiführen, daß n-Kanal Feld-Effekt-Transistoren (FET) N1 und N2 der ersten und zweiten unitären Schaltungen 1A und 2A in einer schwachen Inversionsbedingung betrieben werden, bestimmt ist.

Nimmt man nämlich an, daß ein Übergangszonen-Verhältnis/Sperrschichtflächen-Verhältnis zwischen den Dioden D1 und D2 gleich 1 : N und ein Widerstandsverhältnis zwischen den Widerständen R und xR gleich 1 : x ist, dann wird die Schaltungsausgangsspannung Vo unter einer stabilisierten Bedingung Vf + (xkT/q)·lnN, wobei Vf = (kT/q)·ln(n_d/n_i), k die Boltzmannkonstante, T die absolute Temperatur, q die Elementarladung, n_i die intrinsische Ladungsträgerdichte des n-leitenden Halbleiters und n_d die Donatordichte ist.

Jedoch weist die oben genannte Stand-der-Technik-Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung das Problem auf, daß, wenn eine Stromversorgung eingeschaltet wird, ein Gate-Potential der FFTs nicht bestimmt wird, und zwar mit dem Ergebnis, daß man die stabilisierte Referenzspannung Vo nicht schnell erhalten kann.

Des weiteren ist aus dem Stand der Technik, nämlich einem Artikel mit dem Titel "CMOS Analogue Integrated Circuits Based on Weak Inversion Operation" (aus: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-12, No. 3, June 1977, pp. 224 – 231) eine Schaltung mit zwei p-Kanal FETs, drei n-Kanal FETs und einem Widerstand bekannt. Aus dem Dokument DE 42 11 644 A1 ist ebenfalls eine Schaltung bekannt, die vier Transistoren, einen Kondensator und einen Widerstand zur Bildung einer von einer Zufuhr unabhängigen Vorspannungs-Startschaltung aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungist es, eine Hochgeschwindigkeit-Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung zu schaffen, die in der Lage ist, eine stabilisierte Referenzspannung schnell nach Einschalten einer Stromversorgung zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ebthaltenen merkmale gelöst.

Bei der oben erwähnten Anordnung kann die Vorspannung direkt von einer (Strom- bzw. Energie-)Spannungsversorgung oder wahlweise von einer Ausgangsspannung einer Vorspannungs-Erzeugungsschaltung, die durch die Stromversorgung angetrieben wird, geliefert werden.

Wenn die ersten bis siebten Transistoren als bipolare Transistoren ausgebildet sind, ist der Hauptstromweg des Transistors ein Kollektor-Emitter-Weg des bipolaren Transistors, und eine Steuerelektrode des Transistors ist eine Basis des bipolaren Transistors. Zum Beispiel ist der Transistor des ersten Leitfähigkeitstyps ein NPN-Transistor, und der Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps ist ein PNP-Transistor. Das Ausgangsende des Hauptstromweges des bipolaren Transistors ist ein Kollektor in dem Fall des PNP-Transistors, und das Eingangsende des Hauptstromweges des bipolaren Transistors ist ein Kollektor in dem Fall des NPN-Transistors.

Andererseits ist der Hauptstromweg des Transistors ein Drain-Source-Weg des FET und eine Steuerelektrode des Transistors ist ein Gate des FET, wenn die ersten bis siebten Transistoren aus Feld-Effekt-Transistoren (FET) gebildet sind. In dem letzteren Fall sind zum Beispiel die ersten, dritten und sechsten Transistoren n-Kanal FETs, und die zweiten, vierten, fünften und siebten Transistoren sind p-Kanal FETs. Ein Gate des n-Kanal FET des sechsten Transistors ist geschaltet, um die Vorspannung aufzunehmen. Ein Drain des n-Kanal FET des ersten Transistors ist mit einem Drain des p-Kanal FET des zweiten Transistors geschaltet, und ein Drain des n-Kanal FET des dritten Transistors ist mit einem Drain des p-Kanal FET des vierten Transistors geschaltet. Ein Drain des p-Kanal FET des fünften Transistors ist mit dem zweiten Widerstand geschaltet, und ein Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors ist mit einem Gate und einem Drain des p-Kanal FET des siebten Transistors geschaltet. Ein Gate des p-Kanal FET des zweiten Transistors, ein Gate und der Drain des p-Kanal FET des vierten Transistors und ein Gate des p-Kanal FET des fünften Transistors sind miteinander geschaltet. Ein Gate und der Drain des n-Kanal FET des ersten Transistors und ein Gate des n-Kanal FET des dritten Transistors sind miteinander geschaltet, um eine Stromsspiegelschaltung zu bilden. Der Drain des n-Kanal FET des dritten Transistors ist mit dem Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors über den Kondensator geschaltet. Folglich fällt, wenn der n-Kanal FET des sechsten Transistors im Ansprechen auf die Vorspannung eingeschaltet wird, ein Potential an dem Ende des Kondensators, das mit dem Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors geschaltet ist, ab, und zwar mit dem Ergebnis, daß der p-Kanal FET des zweiten Transistors und der p-Kanal FET des vierten Transistors eingeschaltet werden, so daß das Potential an dem Gate der n-Kanal FETs des ersten und dritten Transistors schnell anliegt und die n-Kanal FETs der ersten und dritten Transistoren schnell unter einer schwachen Inversionsbedingung betrieben werden.

Obige und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltungsschema/Schaltbild eines Beispiels einer Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach dem Stand der Technik;
2 ist ein Schaltungsschema einer ersten Ausführungsform einer Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Zeittafel, die einen Betrieb der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, die in 2 gezeigt ist, veranschaulicht;
4 ist ein Schaltungsschema einer zweiten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Schaltungsschema einer dritten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Schaltungsschema einer vierten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Schaltungsschema eines Beispiels der Vorspannung-Erzeugungsschaltung für das Zuführen der Vorspannung an die Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
8 ist ein Schaltungsschema der dritten unitären Schaltung für die Veranschaulichung einer Modifikation der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezug nehmend auf 2 ist dort ein Schaltungsschema einer ersten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie man aus dem Vergleich zwischen 1 und 2 sieht, ist die gezeigte Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, daß eine vierte unitäre Schaltung 4, umfassend einen n-Kanal FET (N40), der in Reaktion auf eine Vorspannung Vb eingeschaltet wird, zu einer Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, die erste, zweite und dritte unitäre Schaltungen 1, 2 und 3 aufweist, die parallel zwischen einer Spannungsversorgung Vdd und Masse geschaltet sind, hinzugefügt ist. Die ersten, zweiten und dritten unitären Schaltungen 1, 2 und 3 sind ähnlich wie die Stand-der-Technik-Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung miteinander geschaltet.
Kurzum, die erste unitäre Schaltung 1 umfaßt einen n-Kanal FET N10, der eine Source aufweist, die mit der Masse geschaltet ist, und einen p-Kanal FET P10, der eine Source, die mit der Spannungsversorgung Vdd geschaltet ist, und einen Drain, der mit einem Gate und einem Drain des n-Kanal FET N10 geschaltet ist, aufweist. Die zweite unitäre Schaltung 2 umfaßt einen Widerstand R1, der ein Ende aufweist, das mit der Masse geschaltet ist, einen n-Kanal FET N20, der eine Source aufweist, die mit dem anderen Ende des Widerstandes R1 geschaltet ist, und einen p-Kanal FET P20, der eine Source, die mit der Spannungsversorgung Vdd geschaltet ist, und ein Drain, der mit einem Gate des p-Kanal FET P20 selbst und einem Drain des n-Kanal FET N20 geschaltet ist, aufweist. Die dritte unitäre Schaltung 3 umfaßt einen Widerstand R2, der ein Ende aufweist, das mit der Masse geschaltet ist, und einen p-Kanal FET P30, der eine Source, die mit der Spannungsversorgung Vdd geschaltet ist, und einen Drain, der mit dem anderen Ende des Widerstandes R2 geschaltet ist, aufweist. Die Referenzspannung Vo wird von einem Verbindungsknoten zwischen dem p-Kanal FET P30 und dem Widerstand R2 ausgegeben. Die vierte unitäre Schaltung 4 umfaßt einen n-Kanal FET N40, der eine Source aufweist, die mit der Masse geschaltet ist, und einen p-Kanal FET P40, der eine Source, die mit der Spannungsversorgung Vdd geschaltet ist, und einen Drain, der mit einem Gate des p-Kanal FET P40 selbst und einem Drain des n-Kanal FET N40 geschaltet ist, aufweist.
Die erste unitäre Schaltung 1 und die zweite unitäre Schaltung 2 sind auf solche Art und Weise miteinander geschaltet, daß das Gate des p-Kanal FET P10 mit dem Gate des p-Kanal FET P20 und das Gate des n-Kanal FET N10 mit dem Gate des n-Kanal FET N20 geschaltet ist.
Die zweite unitäre Schaltung 2 und die dritte unitäre Schaltung 3 sind auf solche Art und Weise miteinander geschaltet, daß das Gate des p-Kanal FET P20 mit dem Gate des p-Kanal FET P30 geschaltet ist.
Die zweite unitäre Schaltung 2 und die vierte unitäre Schaltung 4 sind auf solche Art und Weise miteinander geschaltet, daß der Drain des n-Kanal FET N20 mit dem Drain des n-Kanal FET N40 über einen Kondensator C geschaltet ist.
In der oben erwähnten Schaltungsverbindung bilden die p-Kanal FETs P10, P20 und P30 eine Stromspiegelschaltung, in der der p-Kanal FET P20 als ein Eingangsstromweg funktioniert und jeder der p-Kanal FETs P10 und P30 als ein Ausgangsstromweg funktioniert. Die n-Kanal FETs N10 und N20 bilden auch eine Stromspiegelschaltung, in der der n-Kanal FET N10 als ein Eingangsstromweg funktioniert und der n-Kanal FET N20 als ein Ausgangsstromweg funktioniert.
Nun wird der Betrieb der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, die in 2 gezeigt ist, mit Bezug zu 3, die ein Zeitdiagramm ist, das den Betrieb der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, beschrieben.
Wenn die Vorspannung Vb an das Gate des n-Kanal FET N40 der vierten unitären Schaltung 4 von einer Vorspannung-Erzeugungsschaltung (nicht in 2 gezeigt) angelegt wird, wird ein Drain-Source-Weg des n-Kanal FET N40 eingeschaltet, so daß ein Potential Vy an einem Knoten Y von der Spannungsversorgung Vdd zur Drain-Spannung des eingeschalteten n-Kanal FET N40 abfällt.
Mit diesem Abfall des Potentials Vy fällt ein Potential Vx an einem Knoten X von der Spannungsversorgung Vdd zu einer geteilten Spannung, die durch eine Flußkapazität des p-Kanal FET P20 und die Kapazität des Kondensators C bestimmt ist, ab.
Weil dieses Potential Vx an das Gate des p-Kanal FETP10 in der ersten unitären Schaltung 1 und das Gate des p-Kanal FET P20 in der zweiten unitären Schaltung 2 angelegt wird, werden der p-Kanal FET P10 und der p-Kanal FET P20 eingeschaltet. Deshalb wird ein Potential Vw an einem Knoten W, das eine Drain-Spannung des eingeschalteten p-Kanal FET P10 ist, an das Gate des n-Kanal FET N10 in der ersten unitären Schaltung 1 und das Gate des n-Kanal FET N20 in der zweiten unitären Schaltung 2 angelegt, so daß sowohl der n-Kanal FET N10 als auch der n-Kanal FET N20 beginnen, in schwacher Inversionsbedingung in Betrieb zu arbeiten.
Wie in 3 gezeigt, steigt die Drain-Spannung Vw des n-Kanal FET N10 dementsprechend an, und nachfolgend steigt die Source-Spannung Vz des n-Kanal FET N20 an, mit dem Ergebnis, daß beide, der n-Kanal FET N 10 und der n-Kanal FET N20, beginnen, in der schwachen Inversionsbedingung zu arbeiten.
Weil der p-Kanal FET P30 in der dritten unitären Schaltung 3 zum Ausgeben der Referenzspannung Vo an seinem Gate die Spannung Vx des Knotens X empfängt, hat andererseits der p-Kanal FET P30 bereits begonnen zu arbeiten/zu leiten, bevor der n-Kanal FET N 10 und der n-Kanal FET N20 ihren Betrieb begonnen haben. Demgemäß hat zu einem Zeitpunkt t2, bei dem der n-Kanal FET N10 und der n-Kanal FET N20, eine stabilisierte Bedingung vor aussetzend, unter der schwachen Inversionsbedingung in Betrieb sind , die Referenzspannung Vo einen vorbestimmten Wert erreicht.
In dieser Ausführungsform wird die Referenzspannung Vo des vorbestimmten Wertes zu dem Zeitpunkt t2 erzeugt, der später als ein Zeitpunkt t1 ist, bei dem die Spannungsversorgung Vdd einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieses Zeitintervall (t1 bis t2) ist die Schaltzeit der zwei n-Kanal FETs N10 und N20, die in der schwachen Inversionsbedingung in Betrieb sind. Folglich erzeugt die gezeigte Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Referenzspannung Vo des vorbestimmten Wertes schnell, nachdem die Stromversorgung eingeschaltet wird.
Bezug nehmend auf 4 ist dort ein Schaltungsschema einer zweiten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie man aus einem Vergleich zwischen 2 und 4 sieht, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nur darin, daß der p-Kanal FET P40 durch eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs, zum Beispiel „ j" in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs P40₁, P40₂ ..., P40_j ersetzt ist, von denen jeder ein Gate und einen Drain aufweist, die miteinander geschaltet sind. Deshalb wird den Elementen in 4, die diesen in 2 gezeigten entsprechen, das gleiche Bezugszeichen gegeben, und eine Erklärung wird weggelassen.
Vorausgesetzt, daß die Betriebscharakteristiken der p-Kanal FETs P40₁, P40₂ ..., P40_j die gleichen sind und auch die Schwellenspannung als ein Drain-Strom gegenüber einer Gate-Source-Spannungsscharakteristik durch Vt ausgedrückt wird, wenn der n-Kanal FET N40 und die p-Kanal FETs P40₁, P40₂ ..., P40_j in der EIN-/ON-Bedingung sind, wird das Potential Vy an dem Knoten Y durch {Vdd – j × Vt} ausgedrückt. Deshalb wird in dieser Ausführungsform, weil das Potential Vy im Vergleich mit der ersten Ausführungsform weiter abgesenkt werden kann, das Potential, das an dem Gate der p-Kanal FETs P 10, P20 und P30 anliegt, weiter abgesenkt, mit dem Ergebnis, daß die p-Kanal FETs P10, P20 und P30 im Vergleich mit der ersten Ausführungsform noch schneller (ein)geschaltet werden.
Bezug nehmend auf 5 ist dort ein Schaltungsschema der dritten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie man aus dem Vergleich zwischen 2 und 5 erkennt, unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nur darin, daß die zwei n-Kanal FETs N 10 und N20, die unter der schwachen Inversionsbedingung in Betrieb sind, durch eine Mehrzahl von n-Kanal FETs N10₁, N10₂,..., N10_m, die wie in 5 gezeigt in Kaskade geschaltet sind und von denen jeder ein Gate und einen Drain, die miteinander geschaltet sind, aufweist, und eine Mehrzahl von n-Kanal FETs N20₁, N20₂,..., N20_m, die wie in 5 gezeigt in Kaskade geschaltet sind, entsprechend ersetzt sind. Ein Gate von jedem der n-Kanal FETs N10₁, N10₂, ..., N10_m ist mit einem Gate des entsprechenden der n-Kanal FET N20₁, N20₂,..., N20_m, geschaltet. In 5 werden deshalb den Elementen, die diesen der in 2 gezeigten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen gegeben, und eine Erklärung wird fortgelassen.
Wenn die n-Kanal FETs in Kaskade geschaltet sind, wie in 5 gezeigt, wird die Sättigungscharakteristik in der Drain-Spannung gegenüber der Drain-Stromcharakteristik der gesamten in Kaskade geschalteten n-Kanal FETs im Vergleich zu einem einzelnen n-Kanal FET verbessert. Deshalb arbeitet die Schaltung mit einer reduzierten Abhängigkeit von dem Potential Vw des Knotens W, des Potentials Vx des Knotens X und des Potentials Vy des Knotens Y.
Bezug nehmend auf 6 ist dort ein Schaltungsschema einer vierten Ausführungsform der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie man aus einem Vergleich zwischen 2 und 6 erkennt, unterscheidet sich die vierte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nur darin, daß ein p-Kanal FET P11 zwischen dem Drain des p-Kanal FET P10 und dem Drain des n-Kanal FET N10 und ein p-Kanal FET P31 zwischen dem Drain des p-Kanal FET P30 und dem Widerstand R2 eingefügt ist, wobei ein Gate von jedem der p-Kanal FETs P11 und P31 mit dem Knoten Y geschaltet ist. In 6 werden deshalb den Elementen, die jenen der in 2 gezeigten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen gegeben, und eine Erklärung wird fortgelassen.
Weil das Gate jedes der p-Kanal FETs P11 und P31 mit dem Knoten Y geschaltet ist, wird ein Gate-Potential der p-Kanal FETs P11 und P31 zur gleichen Zeit bestimmt, wie der n-Kanal FET N40 der vierten unitären Schaltung 4 in Reaktion auf die Vorspannung Vb in die EIN-Bedingung gebracht wird.
Weil das Potential Vx des Knotens X zur gleichen Zeit wie das Potential Vy des Knotens Y bestimmt wird, wird andererseits das Gate-Potential des p-Kanal FETs P10, P11, P30 und P31 gleichzeitig bestimmt, und deshalb werden die p-Kanal FETs P10, P11, P30 und P31 gleichzeitig eingeschaltet.
Zusätzlich wird, weil die p-Kanal FETs P10 und P11 bzw. die p-Kanal FETs P30 und P31 in Kaskade geschaltet sind, die Sättigungscharakteristik in der Drain-Spannung gegenüber der Drain-Stromcharakteristik der gesamten in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs in Vergleich zu einem einzelnen p-Kanal FET verbessert. Deshalb arbeitet die Schaltung mit einer reduzierten Abhängigkeit von dem Potential Vw des Knotens W, des Potentials Vx des Knotens X und des Potentials Vy des Knotens Y. Unter diesem Gesichtspunkt sind die in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs in keiner Weise auf die zwei in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs P10 und P11 oder P30 und P31 begrenzt, sondern können aus mehr als zwei in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs aufgebaut sein.
Bei den oben erwähnten Ausführungsformen der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung ist es notwendig, die Vorspannung Vb zuzuführen. Diese Vorspannung Vb kann jedoch die Spannungsversorgung Vdd sein.
Wenn die Vorspannung Vb in Übereinstimmung mit dem Potential Vy des Knotens Y bestimmt wird, ist es möglich, den n-Kanal FET N40 noch schneller zu schalten oder einzuschalten. Zu diesem Zweck kann eine Vorspannung-Erzeugungsschaltung vorgesehen sein.
Bezug nehmend auf 7 ist dort ein Schaltungsschema eines Beispiels für die Vorspannung-Erzeugungsschaltung für das Zuführen der Vorspannung zu der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die gezeigte Vorspannung-Erzeugungsschaltung umfaßt eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten, Gate-geerdeten p-Kanal FETs und eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten n-Kanal FETs, die in Reihe zwischen der Versorgungsspannung Vdd und der Masse geschaltet sind. Jeder der n-Kanal FETs weist ein Gate, das mit einem Drain des n-Kanal FET selbst geschaltet ist, auf. Die Vorspannung Vb wird von einem Verbindungsknoten zwischen einem Drain des p-Kanal FET und einem Drain des n-Kanal FET ausgegeben.
In den oben erwähnten Ausführungsformen der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung ist der Widerstand R2 in der dritten unitären Schaltung 3 direkt mit der Masse geschaltet. Jedoch kann, wie in 8 gezeigt, eine Diode D in Durchlaßrichtung zwischen dem Widerstand R2 und der Masse auf solche Art und Weise eingefügt werden, daß die Anode der Diode mit dem einen Ende des Widerstandes R2 verbunden und die Kathode der Diode D mit der Masse verbunden ist. In diesem Fall wird die Referenzspannung Vo durch einen Durchlaßrichtung-Spannungsabfall der Diode D angehoben. Durch das Einfügen der Diode D kann zusätzlich die Temperaturabhängigkeit der Referenzspannung Vo reduziert werden.
In den oben erwähnten Ausführungsformen der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung sind die Widerstände R1 und R2 vorgesehen, um den Stromfluß in der ersten und dritten unitären Schaltung 2 bzw. 3 zu begrenzen. Deshalb können die Widerstände R1 und R2 in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung Vdd und den Kennlinien jedes FET weggelassen werden.
In den oben erwähnten Ausführungsformen der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung ist eine des Paars Versorgungsspannungen geerdet. Jedoch kann der Masseanschluß durch einen Anschluß der Energieversorgung für das Bereitstellen einer negativen Spannung Vss ersetzt werden.
Die oben erwähnten Ausführungsformen der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung sind aus FETs aufgebaut, jedoch ist es für den Fachmann offensichtlich, daß die Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aus bipolaren Transistoren aufgebaut werden kann. In diesem Fall kann berücksichtigt werden, daß ein PNP-Transistor dem p-Kanal FET sowie ein NPN-Transistor dem n-Kanal FET entspricht und ein Kollektor, eine Basis sowie ein Emitter des bipolaren Transistors dem Drain, dem Gate sowie der Source des FET entsprechen.
Wie oben erwähnt, ist die Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, daß eine vierte unitäre Schaltung, umfassend einen Transistor, der in Reaktion auf eine Vorspannung eingeschaltet wird, zu der Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung des Stands der Technik, die erste, zweite und dritte unitäre Schaltungen, die zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung parallel geschaltet sind, aufweist, hinzugefügt ist und die zweite unitäre Schaltung mit der vierten unitären Schaltung über den Kondensator verbunden ist. Deshalb kann, weil durch die vierte unitäre Schaltung bewirkt wird, daß die zweite unitäre Schaltung schnell in Betrieb ist, die Referenzspannung schnell erzeugt werden.
U einigen Ausführungsformen kann die Sättigungscharakteristik verbessert werden, weil eine Mehrzahl n-Kanal FETs, die unter der schwachen Inversionsbedingung in Betrieb sind, und/oder eine Mehrzahl schaltender p-Kanal FETs in Kaskade geschaltet sind, so daß die Schaltung mit einer reduzierten Abhängigkeit von der Spannung an verschiedenen Knoten in der Schaltung arbeitet. Folglich kann die Referenzspannung noch schneller erzeugt werden.
Die Erfindung ist somit mit Bezug zu den spezifischen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden. Jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Details der gezeigten Strukturen begrenzt ist, sondern Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche gemacht werden können.

Claims

Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine erste unitäre Schaltung, die einen ersten Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen schaltenden zweiten Transistor eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten (Strom- bzw. Energie-)Versorgungsspannung und einer zweiten (Strom- bzw. Energie-)Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, eine zweite unitäre Schaltung, die einen ersten Widerstand, einen dritten Transistor des ersten Leitfähigkeitstyps und einen schaltenden vierten Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, eine dritte unitäre Schaltung, die einen zweiten Widerstand und einen schaltenden fünften Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, und eine vierte unitäre Schaltung, die einen schaltenden sechsten Transistor des ersten Leitfähigkeitstyps und einen siebten Lasttransistor des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die in der genannten Reihenfolge zwischen der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, wobei der sechste Transistor in Reaktion auf eine Vorspannung, die an eine Steuerelektrode des sechsten Transistors angelegt ist, eingeschaltet wird, wobei eine Steuerelektrode des zweiten Transistors, eine Steuerelektrode des vierten Transistors, eine Steuerelektrode des fünften Transistors und ein Ausgangsende des Hauptstromweges des vierten Transistors miteinander geschaltet sind, eine Steuerelektrode des ersten Transistors, eine Steuerelektrode des dritten Transistors und ein Eingangsende des Hauptstromweges des ersten Transistors miteinander geschaltet sind, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden, ein Eingangsende des Hauptstromweges des dritten Transistors mit einem Eingangsende des Hauptstromweges des sechsten Transistors über einen Kondensator geschaltet ist, so daß, wenn der sechste Transistor in Reaktion auf die Vorspannung, die an der Steuerelektrode des sechsten Transistors angelegt ist, eingeschaltet wird, ein Potential an einem Ende des Kondensators, der mit dem Eingangsende des Hauptstromweges geschaltet ist, abfällt, mit dem Ergebnis, daß der zweite Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet werden, so daß das Potential an der Steuerelektrode des ersten und dritten Transistors schnell feststeht und eine stabilisierte Referenzspannung am Verbindungsknoten zwischen dem zweiten Widerstand und dem fünften Transistor erzeugt wird.
Eine Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste, dritte und sechste Transistor n-Kanal FETs und der zweite, vierte, fünfte und siebente Transistor p-Kanal FETs sind und ein Gate des n-Kanal FET des sechsten Transistors geschaltet ist, um die Vorspannung zu empfangen, ein Drain des n-Kanal FET des ersten Transistors mit einem Drain des p-Kanal FET des zweiten Transistors geschaltet ist, ein Drain des n-Kanal FET des dritten Transistors mit einem Drain des p-Kanal FET des vierten Transistors geschaltet ist, ein Drain des p-Kanal FET des fünften Transistors mit dem zweiten Widerstand geschaltet ist, ein Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors mit einem Gate und einem Drain des p-Kanal FET des siebenten Transistors geschaltet ist, ein Gate des p-Kanal FET des zweiten Transistors, ein Gate und der Drain des p-Kanal FET des vierten Transistors und ein Gate des p-Kanal FET des fünften Transistors miteinander geschaltet sind, ein Gate und der Drain des n-Kanal FET des ersten Transistors und ein Gate des n-Kanal FET des dritten Transistors miteinander geschaltet sind, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden, der Drain des n-Kanal FET des dritten Transistors mit dem Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors über den Kondensator geschaltet ist, so daß, wenn der n-Kanal FET des sechsten Transistors in Reaktion auf die Vorspannung eingeschaltet wird, das Potential an dem Ende des Kondensators, das mit der Drain des n-Kanal FET des sechsten Transistors geschaltet ist, abfällt, und zwar mit dem Ergebnis, daß der p-Kanal FET des zweiten Transistors und der p-Kanal FFT des vierten Transistors eingeschaltet werden, so daß das Potential an dem Gate des n-Kanal FET des ersten und dritten Transistors schnell fest ist und die n-Kanal FETs des ersten und dritten Transistors schnell in einer schwachen Inversionsbedingung betrieben werden
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Vorspannung die zweite Versorgungsspannung ist.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Vorspannung von einer Vorspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine Mehrzahl in Kaskade geschalteter p-Kanal FETs und eine Mehrzahl in Kaskade geschalteter n- Kanal FETs, die zwischen einer zweiten Versorgungsspannung und der ersten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, geliefert wird, so daß die Vorspannung Vb von einem Verbindungsknoten zwischen einem Drain des p-Kanal FET und einem Drain des n-Kanal FET ausgegeben wird.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die dritte unitäre Schaltung wenigstens eine Diode in Durchlaßrichtung, die zwischen dem zweiten Widerstand und der Versorgungsspannung eingefügt ist, umfaßt.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der fünfte Transistor aus einer Mehrzahl in Kaskade geschaltete p-Kanal FETs, von denen jeder ein Gate und ein Drain, die miteinander geschaltet sind, aufweist, aufgebaut ist.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die Vorspannung die zweite Versorgungsspannung ist.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die Vorspannung von einer Vorspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs und einer Mehrzahl von in Kaskade geschalteten n-Kanal FETs, die zwischen der zweiten Versorgungsspannung und der ersten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, geliefert wird, so daß die Vorspannung Vb von einem Verbindungsknoten zwischen einem Drain des p-Kanal FET und einem Drain des n-Kanal FET ausgegeben wird.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die dritte unitäre Schaltung wenigstens eine Diode in Durchlaßrichtung, die zwischen dem zweiten Widerstand und der Versorgungsspannung eingefügt ist, umfaßt.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der erste Transistor aus einer Mehrzahl von n-Kanal FETs, die in Kaskade geschaltet sind und von denen jeder ein Gate und einen Drain, die miteinander geschaltet sind, aufweist, aufgebaut ist und der dritte Transistor aus einer Mehrzahl von n-Kanal FETs, die in Kaskade geschaltet sind, aufgebaut ist, wobei ein Gate jedes der n-Kanal FETs, die den ersten Transistor aufbauen, mit einem Gate des entsprechenden n-Kanal FET der n-Kanal FETs, die den dritten Transistor aufbauen, geschaltet sind.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 10, wobei die Vorspannung die zweite Versorgungsspannung ist.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 10, wobei die Vorspannung von einer Vorspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs und eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten n-Kanal FETs, die zwischen der zweiten Versorgungsspannung und der ersten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, geliefert wird, so daß die Vorspannung Vb von einem Verbindungsknoten zwischen einem Drain des p-Kanal FET und einem Drain des n-Kanal FET ausgegeben wird.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 10, wobei die dritte unitäre Schaltung wenigstens eine Diode in Durchlaßrichtung, die zwischen dem zweiten Widerstand und der Versorgungsspannung eingefügt ist, umfaßt.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die erste unitäre Schaltung wenigstens einen zusätzlichen p-Kanal FET, der zwischen dem Drain des p-Kanal FET des zweiten Transistors und dem Drain des n-Kanal FET des ersten Transistors eingefügt ist, umfaßt, die dritte unitäre Schaltung wenigstens einen zusätzlichen p-Kanal FET, der zwischen dem Drain des p-Kanal FET des ersten Transistors und dem zweiten Widerstand eingefügt ist, umfaßt, ein Gate des wenigstens einen zusätzlichen p-Kanal FET der ersten unitären Schaltung und ein Gate des wenigstens einen zusätzlichen p-Kanal FET der dritten unitären Schaltung mit dem Drain des n-Kanal Transistors des sechsten Transistors geschaltet sind.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 14, wobei die Vorspannung die zweite Versorgungsspannung ist.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 14, wobei die Vorspannung von einer Vorspannung-Erzeugungsschaltung, umfassend eine Mehrzahl von in Kaskade geschalteten p-Kanal FETs und einer Mehrzahl von in Kaskade ge schalteten n-Kanal FETs, die zwischen der zweiten Versorgungsspannung und der ersten Versorgungsspannung in Reihe geschaltet sind, geliefert wird, so daß die Vorspannung Vb von einem Verbindungsknoten zwischen einem Drain des p-Kanal FET und einem Drain des n-Kanal FET ausgegeben wird.
Bandabstandsreferenzspannung-Erzeugungsschaltung nach Anspruch 14, wobei die dritte unitäre Schaltung wenigstens eine Diode in Durchlaßrichtung, die zwischen dem zweiten Widerstand und der Versorgungsspannung eingefügt ist, umfaßt.