DE4223295C1

DE4223295C1 - Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserhöhung

Info

Publication number: DE4223295C1
Application number: DE19924223295
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Feldtkeller; Michael Lenz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2012-07-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserhöhung.

Vor allem für Fensterkomparatorschaltungen werden zwei oder mehr Referenzspannungen benötigt. Bei der Erzeugung dieser Referenzspannungen wird häufig eine bereits vorhandene Referenzspannungsquelle mehrfach genutzt, um insgesamt den Schaltungsaufwand möglichst gering zu halten. Wie allgemein bekannt ist, lassen sich mittels eines aus Widerständen bestehenden Spannungsteilers auf einfache Weise aus einer einzigen Referenzspannungsquelle mehrere Referenzspannungen ableiten. Jedoch sind diese abgeleiteten Referenzspannungen stets kleiner oder gleich der von der Referenzspannungs quelle abgegebenen Spannung.

Zur Erhöhung einer gegebenen Referenzspannung schlägt bei spielsweise Robert C. Dobkin in "References for A/D Con verters", Application Note 184, National Semiconductor Corporation, Juni 1977 vor, der jeweiligen Referenzspan nungsquelle einen Gleichspannungsverstärker nachzuschalten. Insbesondere wenn mehrere abgeleitete Referenzspannungen zueinander und zu der gegebenen Referenzspannung mit hoher Genauigkeit in einer festen, möglichst temperaturunab hängigen Beziehung stehen sollen, ist jedoch bei der bekannten Schaltungsanordnung ein erheblicher Abgleich aufwand erforderlich.

Eine integrierte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer beliebigen, geregelten, temperaturunabhängigen Referenz spannung aus einer ungeregelten Eingangsspannung ist aus der US-PS 36 17 859 bekannt. Dort wird durch die Eingangsspan nung einerseits eine Referenzspannungsquelle und anderer seits ein Versorgungsanschluß eines als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärkers angesteuert. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem Mittelabgriff eines von dem positiven Pol der Referenz spannung angesteuerten Spannungsteilers und der inver tierende Eingang mit dem negativen Pol der Referenz spannungsquelle verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer beliebigen, temperaturunabhängigen Referenz spannung anzugeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform einer er findungsgemäßen Schaltungsanordnung weist einen zwei Strom quellen steuernden Operationsverstärker auf. Der Opera tionsverstärker besteht aus zwei npn-Transistoren 9 und 10, deren miteinander gekoppelte Emitter über eine Kon stantstromquelle 13 an ein Bezugspotential 1 angeschlossen sind. Der Kollektor des npn-Transistors 9 ist mit dem Kol lektor eines pnp-Transistors 6 und der Kollektor des npn- Transistors 10 ist mit Basis und Kollektor eines pnp-Tran sistors 7 sowie mit der Basis des pnp-Transistors 6 ver bunden. Die Emitter der beiden pnp-Transistoren 6 und 7 liegen an einem positiven Versorgungspotential 2. Außerdem ist ein als Diode betriebener npn-Transistor 8 vorgesehen, bei dem Basis und Kollektor an ein positives Eingangsrefe renzpotential 4 angeschlossen sind und dessen Emitter zum einen mit der Basis des npn-Transistors 9 und unter Zwi schenschaltung einer Konstantstromquelle 12 mit dem Be zugspotential 1 gekoppelt ist.

Die Basis des npn-Transistors 10 ist zum einen über eine Konstantstromquelle 14 an das Bezugspotential angeschlos sen und zum anderen mit dem Emitter eines npn-Transistors 11 verbunden, dessen Kollektor an das Eingangsreferenzpo tential 4 gelegt ist. Die Basis des npn-Transistors 11 bildet den invertierenden Eingang und Basis und Kollektor des npn-Transistors 8 sowie der Kollektor des npn-Tran sistors 11 bilden den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers.

An den Kollektor des npn-Transistors 9 sind zudem die Basen zweier pnp-Transistoren 17 und 19 angeschlossen, deren Emitter jeweils über einen Widerstand 16 bzw. 18 mit dem Versorgungspotential 2 gekoppelt sind. Der Kollektor des pnp-Transistors 17 ist zum einen mit der Basis des npn- Transistors 11 und zum anderen über einen Widerstand 15 mit dem Bezugspotential 1 gekoppelt. Der Kollektor des pnp-Transistors 19, an dem ein Ausgangsreferenzpotential 3 abnehmbar ist, ist über einen Widerstand 22 an das Ein gangsreferenzpotential 4 angeschlossen. Die pnp-Transisto ren 17 und 19 in Verbindung mit den Widerständen 16 bzw. 18 bilden die zwei, durch den Operationsverstärker gesteu erten Stromquellen. Schließlich ist zwischen das Eingangs referenzpotential 4 und das Bezugspotential 1 ein aus zwei Widerständen 20 und 21 bestehender Spannungsteiler ge schaltet, an dessen Abgriff ein Ausgangsreferenzpotential 5 abnehmbar ist.

Für die weiteren Betrachtungen wird von einem Anwendungs fall ausgegangen, bei dem neben einer gegebenen Referenz spannung U₄₁ zwei dazu symmetrische und daraus abgeleitete Referenzspannungen U₃₁ und U₄₁ benötigt werden. Aus der Symmetriebedingung ergibt sich, daß die Differenz zwischen der abgeleiteten Spannung U₃₁ und der gegebenen Referenz spannung U₄₁ gleich der Differenz zwischen der gegebenen Differenzspannung U₄₁ und der abgeleiteten Referenzspan nung U₅₁ ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die gegebene Referenzspannung U₄₁ gleich der Differenz zwi schen dem Eingangsreferenzpotential 4 und dem Bezugspoten tial 1, die abgeleitete Referenzspannung U₃₁ gleich der Differenz zwischen dem Ausgangsreferenzpotential 3 und dem Bezugspotential 1 und die abgeleitete Referenzspannung U₅₁ gleich der Differenz zwischen dem Ausgangsreferenzpoten tial 5 und dem Bezugspotential 1. Die Erzeugung der nied rigeren abgeleiteten Referenzspannung U₅₁ erfolgt in ge wohnter Weise mittels eines Spannungsteilers mit den Wi derständen 20 und 21. Der Widerstandswert R₂₁ des Wider stands 21 verhält sich dabei zum Widerstandswert R₂₀ des Widerstands 20 wie die Differenz der gegebenen Referenz spannung U₄₁ und der abgeleiteten Referenzspannung U₅₁ zur abgeleiteten Referenzspannung U₅₁. Also wie eine gegebene Spannungsdifferenz dU zur abgeleiteten Referenzspannung U₅₁.

R₂₁/R₂₀ = (U₄₁-U₅₁)/U₅₁ = dU/U₅₁ (1)

Zur Erzeugung der höheren abgeleiteten Referenzspannung U₃₁ regelt der Operationsverstärker die beiden Stromquel len derart, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand 15 gleich der gegebenen Referenzspannung U₄₁ ist. Der Span nungsabfall über dem Widerstand 22, der gleich der Span nungsdifferenz dU sein soll, ist gleich dem Produkt aus gegebener Referenzspannung U₄₁, den Widerstandswert R₂₂ des Widerstandes 22 und dem Kollektorstrom 119 des Tran sistors 19 geteilt durch das Produkt aus dem Wert R₁₅ des Widerstands 15 und des Kollektorstroms 119 des pnp-Tran sistors 19. Die Kollektorströme 117 und 119 stellen die Ausgangsströme der beiden Stromquellen dar. Die Diffe renzspannung dU hängt demnach von der gegebenen Refe renzspannung U₄₁, von dem Verhältnis der Ströme 119 und 117 der beiden Stromquellen und von dem Verhältnis der Widerstandswerte R₂₂ und R₁₅ ab.

dU = U₄₁ (R₂₂/R₁₅) (I₁₉/I₁₇) (2)

Da sich Strom- und Widerstandsverhältnisse im Gegensatz zu Absolutwerten in integrierter Schaltungstechnik sehr genau herstellen lassen, kann mit einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung die Spannungsdifferenz dU mit einem ledig lich sehr geringen Fehler (≦ 0,5%) erzeugt und auf die gegebene Referenzspannung U₄₁ aufgestockt werden, woraus sich die abgeleitete Referenzspannung U₃₁ ergibt. Ein Ab gleich ist daher vorteilhafterweise nicht mehr notwendig.

Neben der gezeigten Ausführungsform sind verschiedene Ausgestaltungen des Operationsverstärkers und der Strom quellen ohne weiteres möglich. Außerdem sind weitere abgeleitete Referenzspannungen dadurch zu erzeugen, daß der Widerstand 22 durch einen Spannungsteiler mit einem oder mehreren Abgriffen ersetzt wird und/oder daß bei dem Spannungsteiler zwischen Eingangsreferenzpotential 4 und Bezugspotential 1 weitere Abgriffe vorgesehen werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserhöhung mit einem Operationsverstärker (6 bis 14), dessen Ausgang zwei Stromquellen (16 bis 19) ansteuert, dessen invertierender Eingang aus einer der beiden Stromquellen (16, 17) ge speist wird und über einen Widerstand (15) an ein Bezugs potential (1) angeschlossen ist und dessen nicht invertie render Eingang zum einen an ein Eingangsreferenzpotential (4) angeschlossen ist und zum anderen über einen weiteren Widerstand (22) aus der anderen Stromquelle (18, 19) ge speist wird, wobei am Abgriff zwischen dem weiteren Wider stand (22) und der anderen Stromquelle (18, 19) ein Aus gangsreferenzpotential (3) abnehmbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Operationsverstärker ein erster und zweiter Transistor (9, 10) des einen Lei tungstyps, deren miteinander gekoppelte Emitter über eine erste Konstantstromquelle (13) an das Bezugspotential (1) angeschlossen sind,
ein dritter Transistor (6) des anderen Leitungstyps, des sen Emitter mit einem Versorgungspotential (2) und dessen Kollektor mit dem Kollektor des ersten Transistors (9) verbunden ist,
ein vierter Transistor (7) des anderen Leitungstyps, des sen Emitter mit dem Versorgungspotential (2) und dessen Kollektor mit seiner Basis, mit der Basis des dritten Transistors (6) sowie mit dem Kollektor des zweiten Tran sistors (10) verbunden ist,
ein fünfter Transistor (8) des einen Leitungstyps, dessen mit seinem Kollektor gekoppelte Basis den nicht invertie renden Eingang des Operationsverstärkers bildet und des sen Emitter mit der Basis des ersten Transistors (9) sowie über eine zweite Konstantstromquelle (12) mit dem Bezugs potential (1) verbunden ist, und
ein sechster Transistor (11) des einen Leitungstyps, des sen Basis den invertierenden Eingang des Operationsverstär kers bildet, dessen Kollektor mit Basis und Kollektor des fünften Transistors (8) verbunden ist und dessen Emitter über eine dritte Konstantstromquelle (14) an das Bezugs potential angeschlossen ist, vorgesehen sind, und
daß als gesteuerte Stromquellen ein siebter und achter Transistor (17, 19) des anderen Leitungstyps vorgesehen sind, deren Basen miteinander und mit dem Kollektor des ersten Transistors (9) verbunden sind, deren Emitter an das Versorgungspotential (2) angeschlossen sind und deren Kollektoren die Ausgänge der gesteuerten Stromquellen bilden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Eingangsreferenzpotential (4) und das Bezugspotential (1) ein Spannungsteiler (20, 21) mit mindestens einem Abgriff geschaltet ist, an dem mindestens ein weiteres Ausgangsreferenzpotential (5) abnehmbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Widerstand (22) durch einen weiteren Spannungsteiler mit mindestens einem Abgriff ersetzt wird.