DE4214403A1 - Bezugsstromgeneratorschaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit Halbleiterbauelementen
oder -baugruppen und betrifft eine Bezugsstromgenerator
schaltung eines Halbleiterbauelementes oder einer Halblei
terbaugruppe.
Bezugsstromgeneratorschaltungen, die bei Halbleiterbau
elementen oder Halbleiterbaugruppen verwandt werden, müssen
einen konstanten Strom unabhängig von den äußeren Umgebungs
verhältnissen liefern. Die erforderlichen Eigenschaften
einer Bezugsstromgeneratorschaltung sind somit im wesentli
chen die folgenden: zunächst sollte ein konstanter Strom als
Ausgangsstrom innerhalb eines gewünschten Bereiches ausgege
ben werden, der frei von Schwankungen der anliegenden Span
nung ist, und zum zweiten sollte ein konstanter Strom als
Ausgangsstrom innerhalb eines gewünschten Bereiches ausgege
ben werden, der frei von Änderungen in Abhängigkeit der
Außentemperatur und/oder den Bedingungen des Herstellungs
verfahrens ist.
Fig. 4 zeigt eine Bezugsstromgeneratorschaltung eines
herkömmlichen Halbleiterbauelementes oder einer herkömmli
chen Halbleiterbaugruppe, bei der der durch einen PMOS-Tran
sistor MP2 fließende Bezugsstrom Iref in Ampere durch
gegeben ist. Dabei bezeichnet "VtMN1" die Schwellenspannung
eines NMOS-Transistors MN1. Der Bezugsstrom Iref ist somit
proportional zur Schwellenspannung Vt des NMOS-Transistors
MN1.
Die herkömmliche Schaltung hat daher den Nachteil, daß
sich der Bezugsstrom Iref nach Maßgabe der Schwellenspannung
des NMOS-Transistors MN1 ändert, die für Schwankungen in der
Temperatur oder im Herstellungsverfahren empfindlich ist.
Durch die Erfindung soll daher eine Bezugsstromgenera
torschaltung geschaffen werden, die für Änderungen in der
Temperatur und dem Herstellungsverfahren unempfindlich ist.
Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Bezugsstromgenerator
schaltung eine eine Spannung erzeugende Einrichtung mit
einer Widerstandseinrichtung und einem MOS-Transistor zwi
schen einer ersten und einer zweiten Spannung, die eine
konstante Spannung ausgibt, sowie eine MOS-Diodeneinrichtung
und einen Widerstand, die zwischen die konstante Spannung
und die zweite Spannung geschaltet sind, wobei der konstante
Strom in einer Stärke ausgegeben wird, die dadurch erhalten
wird, daß ein Wert, der durch Subtrahieren der Schwellen
spannung der MOS-Diodeneinrichtung und der konstanten Span
nung erhalten wird, durch den Widerstandswert des Widerstan
des dividiert wird.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung
besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Bezugsstromgeneratorschaltung eines Halbleiterbauelementes
oder einer Halbleiterbaugruppe,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs
gemäßen Bezugsstromgeneratorschaltung eines Halbleiterbau
elementes oder einer Halbleiterbaugruppe,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs
gemäßen Bezugsstromgeneratorschaltung eines Halbleiterbau
elementes oder einer Halbleiterbaugruppe,
Fig. 4 eine Bezugsstromgeneratorschaltung eines her
kömmlichen Halbleiterbauelementes oder einer herkömmlichen
Halbleiterbaugruppe.
Die in Fig. 4 dargestellte herkömmliche Bezugsstromge
neratorschaltung weist einen PMOS-Transistor MP1 zum Begren
zen des Stromes, an dessen Source-Elektrode die Energiever
sorgungsspannung Vcc liegt und dessen Gate-Elektrode an
Masse Vss liegt, einen PMOS-Transistor MP2 zum Begrenzen des
Stromes, an dessen Source-Elektrode die Energieversorgungs
spannung Vcc liegt und dessen Drain-Elektrode mit seiner
Gate-Elektrode verbunden ist, einen NMOS-Transistor MN2,
dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des PMOS-Tran
sistors MP1 verbunden ist und dessen Drain-Elektrode mit der
Drain-Elektrode des PMOS-Transistors MP2 verbunden ist,
einen NMOS-Transistor MN1, dessen Drain-Elektrode mit der
Gate-Elektrode des NMOS-Transistors MN2 verbunden ist, des
sen Gate-Elektrode mit der Source-Elektrode des NMOS-Transi
stors MN2 verbunden ist und dessen Source-Elektrode an Masse
Vss liegt, und einen Widerstand R1 auf, der zwischen der
Gate-Elektrode des NMOS-Transistors MN1 und Masse Vss liegt.
Der Bezugsstrom Iref, der durch den PMOS-Transistor MP2
fließt, ergibt sich nach der folgenden Gleichung:
Aus der obigen Gleichung 1 ist erkennbar, daß der Be
zugsstrom Iref proportional zur Schwellenspannung des NMOS-
Transistors MN1 ist. Der Bezugsstrom Iref unterliegt daher
Änderungen nach Maßgabe von Temperaturschwankungen und
Schwankungen im Herstellungsprozeß.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungs
gemäßen Bezugsstromgeneratorschaltung.
Verglichen mit der in Fig. 4 dargestellten Schaltung
umfaßt die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weiterhin einen
NMOS-Transistor MN3, dessen Gate- und Drain-Elektroden mit
dem Widerstand R1 verbunden sind und dessen Source-Elektrode
an Masse liegt.
Der dabei durch den PMOS-Transistor MP2 fließende Be
zugsstrom Iref ergibt sich nach der folgenden Gleichung:
Aus der obigen Gleichung 2 ist erkennbar, daß der Be
zugsstrom Iref proportional zu einem Wert ist, der dadurch
erhalten wird, daß die Schwellenspannung des NMOS-Transi
stors MN3 von der Schwellenspannung des NMOS-Transistors MN1
abgezogen wird. Der Bezugsstrom Iref ist daher für Schwan
kungen in der Temperatur und dem Herstellungsprozeß unemp
findlich.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der er
findungsgemäßen Bezugsstromgeneratorschaltung.
Um die Schwellenspannungen der NMOS-Transistoren MN1
und MN3 verschieden zu machen, liegt bei der in Fig. 2 dar
gestellten Schaltung eine Vorspannung VBB in Sperrichtung am
Substrat des NMOS-Transistors MN1 und des NMOS-Transistors
MN2. Verglichen mit der Schaltung von Fig. 1 liegen die
Source-Elektrode des NMOS-Transistors MN3 und das Substrat
an Masse Vss.
Der durch den PMOS-Transistor fließende Bezugsstrom
Iref kann dann wie folgt ausgedrückt werden:
Aus der Gleichung 3 ergibt sich, daß der gewünschte
Bezugsstrom Iref durch Einstellen des Widerstandes R1 erhal
ten werden kann.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der er
findungsgemäßen Bezugsstromgeneratorschaltung. Verglichen
mit der Schaltung von Fig. 4 weist die in Fig. 3 dargestell
te Schaltung weiterhin einen NMOS-Transistor MN5, dessen
Drain- und Gate-Elektroden am Widerstand R1 liegen und des
sen Source-Elektrode mit dem Substrat verbunden ist, und
einen PMOS-Transistor MP3 auf, dessen Source-Elektrode mit
dem Substrat verbunden ist und dessen Gate- und Drain-Elek
troden an Masse liegen. Im Fall des NMOS-Transistors MN1
wird die Source-Spannung größer als das Massepotential und
zwar um die Schwellenspannung des PMOS-Transistors MP3, und
liegt das Substrat an Masse, wodurch ein Sperrvorspannungs
effekt erzielt wird. Da somit der durch den PMOS-Transistor
MP2 fließende Strom proportional zum Schwellenspannungsun
terschied zwischen den NMOS-Transistoren MN1 und MN5 ist,
ergibt sich eine Bezugsstromgeneratorschaltung, die für
Schwankungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß
unempfindlich ist.
Die Änderungen im Bezugsstrom mit der Temperatur bei
der herkömmlichen Schaltung von Fig. 4 und bei der erfin
dungsgemäßen Schaltung, die in Fig. 3 dargestellt ist, erge
ben sich aus der folgenden Tabelle.
Aus der obigen Tabelle ist erkennbar, daß die Änderun
gen des Bezugsstromes gegenüber Temperaturschwankungen bei
der erfindungsgemäßen Schaltung geringer als bei der her
kömmlichen Schaltung sind. Das hat zur Folge, daß die erfin
dungsgemäße Bezugsstromgeneratorschaltung eine gute Bezugs
stromcharakteristik hat und somit durch ihre Verwendung bei
Halbleiterelementen und -baugruppen, die eine derartige
Schaltung benötigen, eine höhere Produktzuverlässigkeit
erzielt werden kann.
Claims (8)
1. Bezugsstromgeneratorschaltung, gekennzeichnet durch
eine eine Spannung erzeugende Einrichtung mit einer Wider
standseinrichtung und einem MOS-Transistor zwischen einer
ersten und einer zweiten Spannung, die eine konstante Span
nung ausgibt, und eine MOS-Diodeneinrichtung und einen Wi
derstand (R1), die zwischen die konstante Spannung und die
zweite Spannung geschaltet sind, wobei ein konstanter Strom
in einer Stärke ausgegeben wird, die dadurch erhalten wird,
daß ein Wert, der durch Subtrahieren der Schwellenspannung
der MOS-Diodeneinrichtung von der konstanten Spannung erhal
ten wird, durch den Widerstandswert des Widerstandes (R1)
dividiert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Spannung erzeugende Einrichtung
einen ersten MOS-Transistor (MP1), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt, und an dessen Gate-Elek trode die zweite Spannung liegt,
einen zweiten MOS-Transistor (MN1), dessen Drain-Elek trode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors verbunden ist und an dessen Source-Elektrode die zweite Spannung liegt,
einen dritten MOS-Transistor (MP2), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und dessen Gate- und Drain-Elektroden miteinander verbunden sind, und
einen vierten MOS-Transistor (MN2) aufweist, dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten MOS-Tran sistors verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit der Drain- Elektrode des zweiten MOS-Transistors verbunden ist und dessen Source-Elektrode an der Gate-Elektrode des zweiten MOS-Transistors liegt.
einen ersten MOS-Transistor (MP1), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt, und an dessen Gate-Elek trode die zweite Spannung liegt,
einen zweiten MOS-Transistor (MN1), dessen Drain-Elek trode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors verbunden ist und an dessen Source-Elektrode die zweite Spannung liegt,
einen dritten MOS-Transistor (MP2), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und dessen Gate- und Drain-Elektroden miteinander verbunden sind, und
einen vierten MOS-Transistor (MN2) aufweist, dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten MOS-Tran sistors verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit der Drain- Elektrode des zweiten MOS-Transistors verbunden ist und dessen Source-Elektrode an der Gate-Elektrode des zweiten MOS-Transistors liegt.
3. Schaltung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß die MOS-Diodeneinrichtung (MN3) eine Drain-Elektrode und
eine Gate-Elektrode, die mit dem Widerstand verbunden ist,
sowie eine Source-Elektrode umfaßt, an der die zweite Span
nung liegt.
4. Schaltung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß die MOS-Diodeneinrichtung einen ersten NMOS-Transistor
(MN5), dessen Drain- und Gate-Elektroden mit dem Widerstand
verbunden sind und dessen Source-Elektrode an seinem Sub
strat liegt, und einen zweiten PMOS-Transistor (MP3) umfaßt,
dessen Source-Elektrode mit der Source-Elektrode des ersten
NMOS-Transistors und dem Substrat verbunden ist und an des
sen Drain- und Gate-Elektroden die zweite Spannung liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die konstante Spannung größer als die Schwellenspannung
der MOS-Diodeneinrichtung ist.
6. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die konstante Spannung den Schwellenwertunterschied der
MOS-Diodeneinrichtung unter Verwendung eines Sperrvorspan
nungsunterschiedes einstellt.
7. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Spannung erzeugende Einrichtung
einen ersten MOS-Transistor (MP1), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und an dessen Gate-Elek trode die zweite Spannung liegt,
einen zweiten MOS-Transistor (MN1), dessen Drain-Elek trode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors verbunden ist, an dessen Source-Elektrode die zweite Span nung liegt und an dessen Substrat eine dritte Spannung liegt,
einen dritten MOS-Transistor (MP2), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und dessen Gate- und Drain-Elektroden zusammengeschaltet sind, und
einen vierten MOS-Transistor (MN2) umfaßt, dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten MOS-Tran sistors verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit der Drain- Elektrode des zweiten MOS-Transistors verbunden ist, dessen Source-Elektrode an der Gate-Elektrode des zweiten MOS-Tran sistors liegt und an dessen Substrat die dritte Spannung liegt.
einen ersten MOS-Transistor (MP1), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und an dessen Gate-Elek trode die zweite Spannung liegt,
einen zweiten MOS-Transistor (MN1), dessen Drain-Elek trode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors verbunden ist, an dessen Source-Elektrode die zweite Span nung liegt und an dessen Substrat eine dritte Spannung liegt,
einen dritten MOS-Transistor (MP2), an dessen Source- Elektrode die erste Spannung liegt und dessen Gate- und Drain-Elektroden zusammengeschaltet sind, und
einen vierten MOS-Transistor (MN2) umfaßt, dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten MOS-Tran sistors verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit der Drain- Elektrode des zweiten MOS-Transistors verbunden ist, dessen Source-Elektrode an der Gate-Elektrode des zweiten MOS-Tran sistors liegt und an dessen Substrat die dritte Spannung liegt.
8. Schaltung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet,
daß die MOS-Diodeneinrichtung (MN3) Drain- und Gate-Elektro
den, die mit dem Widerstand verbunden sind, sowie eine Sour
ce-Elektrode, an der die zweite Spannung liegt, und ein Sub
strat umfaßt.
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