DE69024619T2 - Bandgapreferenzspannungsschaltung - Google Patents

Bandgapreferenzspannungsschaltung

Info

Publication number
DE69024619T2
DE69024619T2 DE69024619T DE69024619T DE69024619T2 DE 69024619 T2 DE69024619 T2 DE 69024619T2 DE 69024619 T DE69024619 T DE 69024619T DE 69024619 T DE69024619 T DE 69024619T DE 69024619 T2 DE69024619 T2 DE 69024619T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
emitter
transistors
bipolar
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69024619T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69024619D1 (de
Inventor
Cheng Fred Tun-Jen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Semiconductor Inc
Original Assignee
Samsung Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Semiconductor Inc filed Critical Samsung Semiconductor Inc
Publication of DE69024619D1 publication Critical patent/DE69024619D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69024619T2 publication Critical patent/DE69024619T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bereitstellung einer Bandabstandsbezugsspannung.
  • Bezugsspannungsschaltungen werden weithin in Analog- Digital-Wandlern, in geregelten Stromversorgungen, Komparatorschaltungen sowie in einigen Typen logischer Schaltungen eingesetzt. Ein besonders nützlicher Typ von Bezugsspannungsschaltung ist die "Bandabstands"- Bezugsschaltung, die auch als VBE-Bezugsschaltung bezeichnet wird und dazu dient, eine Spannung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten in derselben Größenordnung wie der negative Temperaturkoeffizient von VBE zu erzeugen. Der Wert von VBE wird dann zu der generierten Spannung hinzuaddiert, um die Temperaturabhängigkeit zu eliminieren.
  • Ein Typ eines parasitären bipolaren NPN-Transistors, der aus der standardmäßigen CMOS-Technologie verfügbar ist, umfaßt einen vertikalen Transistor mit einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor, die jeweils der Source-Drain-n+- Zone, der P-Wannen-Zone bzw. dem N-Silizium-Substrat entsprechen. Der Kollektor eines solchen Transistors befindet sich in dem Substrat, so daß die Transistoren nur für den Einsatz in einer üblichen Kollektorkonfiguration geeignet sind.
  • Fig. 1 zeigt eine bekannte Bezugsspannungsschaltung 10, die mit vertikalen parasitären Transistoren arbeitet. Eine Spannung VCC wird an eine Klemme 12 angelegt, die dem Substrat der integrierten CMOS-Schaltung entspricht. Schaltungsmasse ist an Klemme 14 gegeben. Ein Paar Transistoren 6, 9 umfaßt parasitäre NPN-Transistoren, die jeweils das IC-Substrat an ihrem Kollektor, eine P-Wanne als Basis und eine N-Drain/Source-Zone als Emitter benutzen. Ein Paar Widerstände 20 und 22 mit demselben Wert umfaßt Lastwiderstände für die Transistoren 6 bzw. 8. Ein Widerstand 24 ist in der Emitterschaltung des Transistors 6 angeschlossen, um eine temperaturempfindliche Spannung darüber zu entwickeln.
  • Ein Differenzverstärker 26 hat Eingänge, die über die gleichstarken Widerstände 20 und 22 angeschlossen sind, und stellt eine Ausgangsspannung VREF bereit, die zurückgekoppelt wird, um die Basen der Transistoren 6, 8 anzusteuern. Infolge dieser Rückkopplung sind die Potentiale über die Eingänge des Differenzverstärkers an den Knoten 27 und 28 gleich (angenommen, der Verstärker 26 ist perfekt, d.h. hat unendliche Verstärkung und Eingangsimpedanz). Trotzdem ist die Stromdichte in dem Emitter des Transistors 6 auf Grund der über den Widerstand 24 entwickelten Spannung geringer als die des Transistors 8. Daher weisen die Transistoren 6, 8 ein anderes Basis-Emitter-Potential ΔVBE auf, das ausgedrückt wird durch: wobei T absolute Temperatur, k die Boltzman-Konstante, q die Ladung eines Elektrons und I&sub8;/I&sub6;, A&sub6;/A&sub8; das Verhältnis zwischen Strom und Emitterbereich der Transistoren 6 bzw. 6 ist.
  • Die Differenz im Basis-Emitter-Potential ΔVBE zwischen den Transistoren 6 und 8 erscheint über den Widerstand 24 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Da der die Spannung VR24 über den Widerstand 24 erzeugende Strom auch durch den Widerstand 20 fließt, wird das Potential ΔVBE, da es einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, über den Widerstand 22 angelegt. Da die Widerstände 20, 22 aneinander angepaßt und die jeweiligen Potentiale an den Knoten 27 und 28 gleichgehalten werden, entsteht auch über den Widerstand 22 ein positiver Temperaturkoeffizient, der auf ΔVBE zurückzuführen ist. Da die Basis-Emitter-Spannung von Transistor 8, VBE8, einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, kann der an dem Widerstand 22 vorhandene Koeffizient zum Korrigieren des Koeffizienten von VBE8 benutzt werden.
  • Der Wert von ΔVBE wird durch Ermitteln der jeweiligen Emitterbereiche der Transistoren 6, 8 mit einem geeigneten Verhältnis mit demselben Wert von 16 und 18 gemäß Gleichung (1) eingestellt. Der Temperaturausgleich wird durch Einstellen der Werte von R&sub2;&sub0;, R&sub2;&sub2; und R&sub2;&sub4; erzielt.
  • Leider sind ideale CMOS-Verstärkerelemente, die für die Benutzung als Verstärker 26 geeignet sind, nicht erhältlich. Praktische CMOS-Differenzverstärker haben eine temperaturabhängige Eingangs-Offset-Spannung, die die Wirksamkeit der Bandabstandsbezugsschaltung 10 reduziert. Die Auswirkung der Eingangs-Offset-Spannung VOS auf die Bandabstandsbezugsschaltung 10 wird ausgedrückt durch:
  • Die Eingangs-Qffset-Spannung eines CMOS- Differenzverstärkers ist typischerweise hoch, und ein Wert von mehr als 2 mV ist üblich. Auch das Verhältnis von (1+R&sub2;&sub0;/P&sub2;&sub4;) ist hoch, und ein Wert von 10 ist üblich. Beim Anwenden dieser üblichen Werte erscheint ein Fehler von 20 mV am Ausgang des Verstärkers 26, der nicht zuläßt, daß das Potential an den Knoten 27 und 28 auf gleichen Werten gehalten wird.
  • Außerdem ist die Eingangs-Offset-Spannung temperaturabhängig. Die Auswirkung dieser Temperaturabhängigkeit auf die Bandabstandsbezugsschaltung wird ausgedrückt durch:
  • Es ist verständlich, daß der Offset-Spannungs Temperaturabhängigkeitsfaktor δVOS/δT mit dem Verhältnis (1+R&sub2;&sub0;/R&sub2;&sub4;) multipliziert wird! was die Leistung der Bandabstandsbezugsschaltung 10 weiter verringert.
  • Es wurden zur Überwindung der Leistungsbegrenzungen der Bandabstandsbezugsschaltung 10 mehrere Methoden versucht. Eine Methode besteht darin, die Leistung des in der Bandabstandsbezugsschaltung 10 benutzten Differenzverstärkers zu verbessern, aber diese Methode schränkt die Bauartmöglichkeiten für den Verstärker 26 wesentlich ein. Jedenfalls sind auch viele der für die temperaturabhängige Eingangs-Offset-Spannung verantwortlichen Merkmale prozeßempfindlich. Eine andere Methode ist in dem US-Patent Nr. 4,375,595 beschrieben, das am 1. März 1983 an Ulmer et al. ausgegeben wurde. Diese und andere solche Methoden erhöhen jedoch die Komplexität der Schaltung und die Kosten für den Chip.
  • Es wurden kürzlich parasitäre laterale NPN- Transistoren bei der Konstruktion verbesserter CMOS- Bandabstandsbezugsschaltungen eingesetzt. Zwei solcher Schaltungen sind in Degrauwe et al., "CMOS voltage references using lateral bipolar transistors" (CMOS- Bezugsspannungen unter Einsatz lateraler bipolarer Transistoren) im IEEE Journal of Solid State Circuits, Bd. SC-20, Nr. 6, Dezember 1985, S. 1151-57 offenbart. Wie in den Figuren 7(a) und 7(b) des Artikels von Degrauwe et al. gezeigt, sind diese Schaltungen laterale bipolare Transistoren in Kombination mit einem Stromspiegel, einem Ausgangsverstärker und einer spannungsgeregelten Stromquelle. Unglücklicherweise ist die spannungsgeregelte Stromquelle selbst recht komplex, da sie durch fünf zusätzliche Widerstände und einen zusätzlichen lateralen Transistor implementiert wird. Dadurch erhöht sich die Größe der Bandabstandsschaltung.
  • Eine weitere Methode ist in dem US-Patent Nr. 4,588,941 offenbart, das am 13. Mai 1986 an Kerth et al. ausgegeben wurde. Diese Methode befaßt sich jedoch nicht mit den Auswirkungen, die Offset-Spannungen auf die Temperaturabhängigkeit von Bandabstandsbezugs schaltungen haben.
  • Die US 4349778 offenbart eine Bezugsspannungsquellenschaltung, die einen Stromspiegel mit einem ersten und einem zweiten bipolaren Sourcing- Transistor aufweist. Die Ausgangsphase umfaßt einen einzelnen bipolaren Transistor, der als Emitterfolger konfiguriert ist. Diese Schaltung erfordert einen unerwünschterweise großen Frequenzausgleichskondensator.
  • Es wäre vorteilhaft, wenn eine Bezugsschaltung bereitgestellt werden könnte, die wenigstens einige der obigen nachteiligen Merkmale bekannter Schaltungen nicht aufweist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine relativ einfache und kostengünstige CMOS- Bandabstandsbezugsschaltung mit verbesserter Temperaturstabilität bereitzustellen, insbesondere in bezug auf die in der US 4,588,941 beschriebenen Methode, die sich nicht mit der Auswirkung befaßt, die Offset-Spannungen auf die Temperaturabhängigkeit von Bandabstandsbezugs schaltungen haben.
  • Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine Bandabstandsbezugsspannungsschaltung bereitzustellen, die einen reduzierten anfänglichen Spannungsbezugsfehler und eine reduzierte anfängliche Temperaturabweichung aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bezugsschaltung für die Bandabstandsspannung mit einem ersten und einem zweiten bipolaren Transistor bereitgestellt, jeder mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter, einem Stromspiegel mit einem ersten, an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors angeschlossenen Ausgang und einem zweiten an den Kollektor des zweiten bipolaren Transistors angeschlossenen Ausgang, einem ersten Widerstand mit einem ersten an den Emitter des ersten bipolaren Transistors angeschlossenen Ende und einem zweiten an den Emitter des zweiten bipolaren Transistors angeschlossenen Ende, einem zweiten Widerstand mit einem ersten an den Emitter des zweiten bipolaren Transistors angeschlossenen Ende und einem zweiten an Masse liegenden Ende und mit einem Verstärker mit einem am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors angeschlossenen Eingang sowie mit einem an der Basis des ersten und zweiten bipolaren Transistors angeschlossenen Ausgang, wobei die Bezugsschaltung für die Bandabstandsspannung gekennzeichnet ist durch einen Stromspiegel mit ersten und zweiten MOS- Transistoren in Kaskodenschaltung und dritten und vierten MOS-Transistoren in Kaskodenschaltung, wobei die Quelle (Source) des ersten MOS-Transistors an einer Speisespannung VCC und seine Ableitung (Drain) an seinem Tor (Gate) liegt, und die Quelle des zweiten MOS-Transistors an der Ableitung des ersten MOS-Transistors und seine Ableitung an seinem Tor und einem Kollektor des ersten bipolaren Transistors liegt, die Quelle des dritten MOS-Transistors an VCC und sein Tor am Tor des ersten MOS-Transistors liegt, und die Quelle des vierten MOS-Transistors an der Ableitung des dritten MOS-Transistors, sein Tor am Tor des zweiten MOS- Transistors und seine Ableitung am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors liegt, wobei der Verstärker einen fünften MOS-Transistor aufweist, dessen Quelle an VCC und dessen Tor am Tor des ersten MOS-Transistors liegt, einen sechsten MOS-Transistor, dessen Quelle an der Ableitung des fünften MOS-Transistors liegt und dessen Tor am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors und dessen Ableitung an Masse liegt, und einen dritten parasitären Transistor, dessen Kollektor an VCC, dessen Basis an der Quelle des sechsten MOS-Transistors und dessen Emitter an der Basis sowohl des ersten als auch des zweiten bipolaren Transistors liegt, wobei das Potential zwischen dem Emitter von Transistor und Masse ein Bezugspotential darstellt.
  • Die Basis-Emitter-Übergangsflächen des ersten und des zweiten bipolaren Transistors und die Werte des ersten und zweiten Widerstands werden vorzugsweise so gewählt, daß sich eine Temperaturabhängigkeit der Bezugsspannung δVREF/δT gemäß der Gleichung
  • ergibt, wobei VBE2 das Potential an der Basis-Emitter- Übergangsfläche des zweiten bipolaren Transistors ist, R&sub1; bzw. R&sub2; die spezifischen Widerstandswerte des ersten bzw. zweiten Widerstands sind und n das Verhältnis zwischen der Basis-Emitter-Fläche des ersten bipolaren Transistors und der Basis-Emitter-Fläche des zweiten bipolaren Transistors darstellt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
  • Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer bekannten Bandabstandsbezugsschaltung;
  • Fig. 2 ein verallgemeinertes schematisches Diagramm einer Bandabstandsbezugsschaltung;
  • Fig. 3 ein detailliertes schematisches Diagramm der Bandabstandsbezugsschaltung von Fig. 2; und
  • Fig. 4 eine perspektivische Darstellung, die im Querschnitt einen Teil eines parasitären NPN-Transistors zeigt, der in der Bandabstandsbezugsschaltung von Fig. 2 benutzt wird.
  • In Fig. 2 ist eine Bezugsspannungsschaltung 100 dargestellt, die mit standardmäßigen CMOS-Verfahren hergestellt werden kann. Es wird eine Speisespannung VCC an eine Klemme 102 angelegt, und Schaltungsmasse liegt an einer Klemme 104 an. Ein Paar Transistoren 106, 108 umfaßt parasitäre laterale NPN-Transistoren, die jeweilige freie Kollektoren 126, 128 und entsprechende Tore 122, 124 aufweisen, die wie unten beschrieben vorgespannt sind. Ein Stromspiegel 110 mit Stromquellen 112, 114 liefert einen Strom 1112 zu dem NPN-Transistor 106 und einen Strom 1114 zu dem Transistor 108 und hält die Größe der Ströme 1112, 1114 gleich. Die Emitterschaltung des Transistors 106 beinhaltet einen Widerstand 116, und ein Widerstand 118 befindet sich in den Emitterschaltungen beider Transistoren 106, 108. Der Eingang eines Eins-Verstärkers 120 ist an dem Kollektor des Transistors 108 angeschlossen und liefert die Bezugsspannung VREF an seinem Ausgang. VREF wird zur Basis jedes der Transistoren 106 und 108 zurückgekoppelt.
  • Die Bandabstandsbezugsschaltung 100 funktioniert wie folgt. Die Transistoren 106, 108 werden durch VREF angesteuert. Wenn der Transistor 106 eine inkrementale Strommenge aus der Quelle 112 des Stromspiegels 110 zieht, dann speist die Quelle 114 eine gleichwertige Strommenge in den Transistor 108. Somit bewirkt der Stromspiegel 110, daß der Strom 1112 in den Kollektor des Transistors 106 und der Strom 1114 in den Kollektor des Transistors 108 die gleiche Größe hat.
  • Die Transistoren 106, 106 werden mit im wesentlichen identischen Diffusionsprofilen hergestellt, aber auf Grund der Differenz in der Emitterfläche sind die Stromdichten über die Basis-Emitter-Zonen der Transistoren 106, 108 nicht gleich. Die unterschiedlichen Stromdichten führen zu unterschiedlichen Potentialen über die Basis-Emitter- Ubergangsflächen der Transistoren 106, 108, was ausgedrückt wird durch:
  • Die Differenz im Basis-Emitter-Potential VBE zwischen den Transistoren 106, 108 erscheint in dem Widerstand 116 aus folgendem Grund. Zwei Verzweigungen verbinden den Knoten an der Basis der Transistoren 106, 108 und des Knotens 117, und das Potential über eine der Verzweigungen ist VBE108, während das Potential über die andere Verzweigung gleich dem Spannungsabfall über den Widerstand 116 ("V&sub1;&sub1;&sub6;") und VBE106 ist. Der Knoten 117 bewirkt, daß VR116 + VBE106 gleich VBE108 ist, oder:
  • VR116 = VBE108 - VBE106 (5)
  • Da sich aus der Anwendung der Gleichung 4 auf die Transistoren 106, 108 die Beziehung ΔVBE = VBE108 - VBE106 ergibt, folgt, daß VR116 gleich ΔVBE ist.
  • Der VR116 er zeugende Strom erzeugt auch einen Spannungsabfall über den Widerstand 118, der einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, der an dem Vorzeichen von ΔVBE ersichtlich ist. Der positive Temperaturkoeffizient, der auf ΔVBE zurückzuführen ist, wird über den Widerstand 118 angelegt und dient zum Korrigieren des negativen Temperaturkoeffizienten von VBE108.
  • Der Wert von VREF wird bestimmt gemäß der folgenden Gleichung:
  • wobei n das Verhältnis der Emitterflächen der Transistoren 106, 108 ist. Das geeignete Verhältnis wird entweder durch Wahl einer geeigneten Größe der jeweiligen Basis-Emitter- Zonen oder durch Paralleischalten einer geeigneten Anzahl identischer Transistoren hergestellt.
  • Die Temperaturstabilität der Bandabstandsbezugsschaltung 100 wird ausgedrückt durch:
  • δVBE108/δT beträgt typischerweise etwa -2,0 mV/Grad C und δVT/δT beträgt etwa +0,085 mV/Grad C. Die Werte von n und das Verhältnis R&sub1;&sub1;&sub8;/R&sub1;&sub1;&sub6; werden so gewählt, daß sich δVREF-/δT von Null ergibt, so daß ein Temperaturkoeffizient von Null erzielt wird.
  • Die detaillierte schematische Darstellung der Bandabstandsbezugsschaltung 100 gemäß Fig. 3 ist der von Fig. 2 ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Stromspiegel 110 und der Verstärker 120 detaillierter dargestellt sind. Der Stromspiegel 110 umfaßt einen CMOS-Stromspiegel mit einer konventionellen Kaskodenbauart. Wenn der parasitäre NPN- Transistor 106 einen inkrementalen Strom durch die PMOS- Transistoren 130, 132 der Bezugsschaltung zieht, dann erhöht sich die Source-Drain-Spannung der Transistorpaare 130, 134 und 132, 136 um den gleichen Betrag. Somit erzeugen die Transistoren 134, 136 eine etwa gleiche Strommenge in den Knoten 137.
  • Zum Reduzieren der Offset-Menge in dem Stromspiegel wird der Spiegel 110 so konstruiert, daß er so symmetrisch wie möglich ist, und die Transistoren 130, 132, 134, 136 werden als großflächige Transistoren ausgelegt. Die Transistoren 130, 134 werden in der vollen Sättigungszone betrieben, um die Empfindlichkeit für VCC- Variationen auf ein Minimum zu reduzieren.
  • Der Verstärker 120 umfaßt einen konventionellen zweistufigen Sourcefolger-Verstärker. Das Tor (Gate) eines PMOS-Transistors 138 der ersten Stufe ist an den Kollektor des Transistors 108 angeschlossen und die Ableitung (Drain) liegt an Masse an. Die Basis der zweiten Phase, ein konventioneller parasitärer vertikaler NPN-Transistor 140, ist an die Quelle des Transistors 138 angeschlossen und liefert eine geringe Ausgangsimpedanz an ihrem Emitter, von dem VREF genommen wird. Der Kollektor des Transistors 140 befindet sich im Substrat des Chips, der an die Spannung VCC angeschlossen ist. Ein MOS-Transistor 139 ist zwischen VCC und der Quelle des Transistors 138 geschaltet, um einen Strompfad dazwischen zu erzeugen. Das Tor des Transistors 139 ist an die Torschaltungen der Transistoren 130, 134 des Stromspiegels 110 angeschlossen, der den Betrieb des Transistors 139 im tiefen Sättigungszustand hält.
  • Zur Erzielung eines sachgemäßen Betriebs der lateralen Transistoren 106, 108 wird VCC an das Substrat angelegt, das die Kollektoren 126, 128 der zugehörigen vertikalen Transistoren bildet, und die jeweiligen Tore 122, 124 sind unterhalb ihrer Schwellenspannung vorgespannt. Letzteres wird beispielsweise durch Anlegen der Tore 122, 124 an Masse 104, wie gezeigt, oder an die Emitter der jeweiligen Transistoren 106 bzw. 108 erzielt.
  • Fig. 4 zeigt einen Transistor 200, der für den Einsatz als Transistor 106, 108 geeignet ist. Der Transistor 200 wird durch einen p-Wannen-CMOS-Prozeß realisiert, aber es sind auch andere CMOS-Prozesse geeignet. Eine p-Wanne 204 befindet sich in einem n--Substrat 202. Ein lateraler parasitärer NPN-Transistor wird von einer konzentrischen Anordnung erhalten, die eine runde n+-Diffusionszone 206 beinhaltet, die als Emitter fungiert, umgeben von einer ringähnlichen p--Zone 210 der p-Wanne 204, die als Basis fungiert, wiederum umgeben von einer ringähnlichen n+- Diffusionszone 212, die als Kollektor fungiert. Der Anschluß erfolgt an der Basis 210 über eine p+- Diffusionszone 208. Über der Basis 210 liegt ein Polysiliziumtor 216, das durch eine Gate-Oxidschicht 218 von dieser isoliert ist. Ein vertikaler parasitärer NPN- Transistor wird von dem Emitter 206 und dem Substrat 202 unter Benutzung einer Zone 214 der p-Wanne 204 zwischen dem Emitter 206 und dem Substrat 202 als Basis erhalten. Der Anschluß an die Zone 214 erfolgt durch eine p+-Zone 208, und der Anschluß an das Substrat 202 erfolgt durch eine n+- dotierte Zone 220. Da der laterale Transistor wichtiger ist als der vertikale Transistor, wenn der parasitäre Transistor 200 als Transistor 106 oder 108 benutzt wird, wird die Länge der Basis 210 (d.h. Tor 216) minimiert, und das Verhältnis zwischen Umfang und Oberfläche des Emitters 206 wird maximiert. Es wird auf geeignete Weise ein Kontakt zu den verschiedenen Zonen 206, 208, 212, 216 und 220 wie in der Technik bekannt hergestellt.
  • Der Transistor 200 funktioniert wie folgt. Man beachte, daß der Kollektor 212 des lateralen Transistors nicht mit dem Substrat verbunden ist, während der Kollektor 220 des vertikalen Transistors mit dem Sübstrat verbunden ist. Der laterale Transistor wird durch Vorspannen des Tors 216 ausreichend weit unterhalb seiner Schwellenspannung betriebsbereit gemacht, um eine Akkumulationsschicht in der Zone 210 zu erzeugen, wodurch ein Betrieb des MOS- Transistors zwischen den Zonen 206 und 212 verhindert wird. Die Basis 208, der Emitter 206 und der Kollektor 212 werden wie oben beschrieben auf geeignete Weise vorgespannt. Der zugehörige vertikale Transistor ist aktiv, da das Substrat (d.h. der Kollektor 220) mit VCC verbunden ist.
  • Typische Werte für die Bauelemente der Bandabstandsbezugsschaltung 100 sind nachfolgend angegeben, so daß VCC gleich 5,0 Volt und VREF gleich 1,235 Volt ist. Der Transistor 106 wird als acht Einzeltransistoren (n=8) ausgelegt. Der Transistor 108 wird als Einzeltransistor ausgelegt. Der Transistor 108 und die Einzeltransistoren, die zusammen den Transistor 106 bilden, sind im wesentlichen identisch. Der Transistor 140 wird so realisiert, daß er eine gute Ansteuerungsfähigkeit besitzt. Dies erfolgt durch Kombinieren mehrerer Einzeitransistoren in Parallelschaltung oder durch Auslegen des Transistors mit einer großen Emitterfläche, um die Ansteuerungsfähigkeit zu verstärken. Die Widerstände 116 und 118 sind p+-Widerstände mit Werten von 1000 Ohm bzw. 7500 Ohm. Somit beträgt das Verhältnis R&sub1;&sub1;&sub8;/R&sub1;&sub1;&sub6; 1:7,5. Der Offset-Wert in dem Stromspiegel 110 wird auf ein Minimum reduziert, indem der Spiegel so symmetrisch wie möglich gebaut wird. Außerdem wird jeder Transistor 130, 132, 134, 136 mit einer großen Fläche hergestellt. Die Bandabstandsbezugsschaltung 100 erfordert kein Trimmen, da es im Bezugsspannungsgenerations-Strompfad keinen Offset- Faktor gibt.
  • Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die oben dargelegte Ausgestaltung beschrieben, sie ist jedoch nicht auf den spezifischen benutzten Typ des Transistors 200 oder auf irgendwelche spezifischen Widerstandswerte und Vorspannungswerte begrenzt.

Claims (6)

1. Bezugsschaltung für die Bandabstandsspannung mit einem ersten (106) und einem zweiten (108) parasitischen, bipolaren Transistor, jeder mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter, einem Stromspiegel (110) mit einem ersten, an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors (106) angeschlossenen Ausgang und einem zweiten an den Kollektor des zweiten bipolaren Transistors (108) angeschlossenen Ausgang, einem ersten Widerstand (116) mit einem ersten an den Emitter des ersten bipolaren Transistors (106) angeschlossenen Ende und einem zweiten an den Emitter des zweiten bipolaren Transistors (108) angeschlossenen Ende, einem zweiten Widerstand (118) mit einem ersten an den Emitter des zweiten bipolaren Transistors (108) angeschlossenen Ende und einem zweiten an Masse liegendem Ende und mit einem Verstärker (120) mit einem am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors (108) angeschlossenen Eingang sowie mit einem an der Basis des ersten (106) und zweiten (108) bipolaren Transistors angeschlossenen Ausgang, mit Kennzeichnung der Bezugsschaltung für die Bandabstandsspannung durch einen Stromspiegel (110) mit ersten (130) und zweiten (132) MOS- Transistoren in Kaskodenschaltung und dritten (134) und vierten (136) MOS-Transistoren in Kaskodenschaltung, wobei die Quelle des ersten MOS-Transistors (130) an einer Speisespannung VCC und seine Ableitung an seinem Tor liegt, und die Quelle des zweiten MOS-Transistors (132) an der Ableitung des ersten MOS-Transistors (130) und seine Ableitung an seinem Tor und einem Kollektor des ersten bipolaren Transistors (106) liegt, die Quelle des dritten MOS-Transistors (134) an VCC und sein Tor am Tor des ersten MOS-Transistors (130) liegt, und die Quelle des vierten MOS-Transistors (136) an der Ableitung des dritten MOS Transistors (134), sein Tor am Tor des zweiten MOS- Transistors (132) und seine Ableitung am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors (108) liegt, wobei der Verstärker (120) einen fünften MOS-Transistor (139) aufweist, dessen Quelle an VCC und dessen Tor am Tor des ersten MOS-Transistors (130) liegt, einem sechsten MOS- Transistor (138) dessen Quelle an der Ableitung des fünften MOS-Transistors (139), dessen Tor am Kollektor des zweiten bipolaren Transistors (108) und dessen Ableitung an Masse liegt, und einem dritten parasitischen Transistor (140) dessen Kollektor an VCC, Basis an der Quelle des sechsten MOS-Transistors (138) und Emitter an der Basis sowohl des ersten (106) und zweiten (108) bipolaren Transistors liegt, wobei das Potential zwischen dem Emitter von Transistor (140) und Masse ein Bezugspotential darstellt.
2. Schaltung gemäß Anspruch 1, in der es sich bei dem ersten (106) bzw. zweiten (108) bipolaren Transistor um laterale NPN-Transistoren und bei dem dritten bipolaren Transistor (140) um einen vertikalen NPN-Transistor handelt.
3. Schaltung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Basis-Emitter-Übergangsflächen des ersten (106) und zweiten (108) bipolaren Transistors und die Werte des ersten (116) und zweiten (118) Widerstands so gewählt werden, daß sich eine Temperaturabhängigkeit der Bezugsspannung δVREF/δT gemäß der Gleichung
ergibt, wobei VBE2 das Basis-Emitter-Potential des zweiten bipolaren Transistors (108) ist, R&sub1; bzw. R&sub2; die spezifischen Widerstandswerte des ersten (116) bzw. zweiten (118) Widerstands sind und n das Verhältnis zwischen der Basis- Emitter-Fläche des ersten bipolaren Transistors (106) und der Basis-Emitter-Fläche des zweiten bipolaren Transistors (108) darstellt.
4. Schaltung gemäß Anspruch 3, bei der der besagte Wert δVREF/δT Null beträgt.
5. Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Basis-Emitter-Übergangsfläche des ersten (106) und zweiten (108) bipolaren Transistors und die Werte des ersten (116) und zweiten (118) Widerstands so gewählt werden, daß eine Bezugsspannung VREF gemäß der Gleichung
erhalten wird
6. Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der aus den ersten und zweiten CMOS-Verstärkern in Kaskodenschaltung aufgebaute Schaltungsteil symmetrisch ausgelegt ist und es sich bei dem ersten (130), zweiten (132), dritten (134) und vierten (136) MOS-Transistor um großflächige Transistoren handelt.
DE69024619T 1989-11-17 1990-10-30 Bandgapreferenzspannungsschaltung Expired - Fee Related DE69024619T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/438,909 US5132556A (en) 1989-11-17 1989-11-17 Bandgap voltage reference using bipolar parasitic transistors and mosfet's in the current source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69024619D1 DE69024619D1 (de) 1996-02-15
DE69024619T2 true DE69024619T2 (de) 1996-06-27

Family

ID=23742526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69024619T Expired - Fee Related DE69024619T2 (de) 1989-11-17 1990-10-30 Bandgapreferenzspannungsschaltung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5132556A (de)
EP (1) EP0429198B1 (de)
JP (1) JP2513926B2 (de)
KR (1) KR940005987B1 (de)
DE (1) DE69024619T2 (de)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481179A (en) * 1993-10-14 1996-01-02 Micron Technology, Inc. Voltage reference circuit with a common gate output stage
US5548205A (en) * 1993-11-24 1996-08-20 National Semiconductor Corporation Method and circuit for control of saturation current in voltage regulators
BE1008031A3 (nl) * 1994-01-20 1995-12-12 Philips Electronics Nv Storingsongevoelige inrichting voor opwekken van instelstromen.
EP0701190A3 (de) * 1994-09-06 1998-06-17 Motorola, Inc. Bandlücken-CMOS-Vergleichsspannungsschaltung
US5559424A (en) * 1994-10-20 1996-09-24 Siliconix Incorporated Voltage regulator having improved stability
KR0143344B1 (ko) * 1994-11-02 1998-08-17 김주용 온도의 변화에 대하여 보상 기능이 있는 기준전압 발생기
US5541551A (en) * 1994-12-23 1996-07-30 Advinced Micro Devices, Inc. Analog voltage reference generator system
US5892388A (en) * 1996-04-15 1999-04-06 National Semiconductor Corporation Low power bias circuit using FET as a resistor
US5821807A (en) * 1996-05-28 1998-10-13 Analog Devices, Inc. Low-power differential reference voltage generator
US5949279A (en) * 1997-05-15 1999-09-07 Advanced Micro Devices, Inc. Devices for sourcing constant supply current from power supply in system with integrated circuit having variable supply current requirement
US5910726A (en) * 1997-08-15 1999-06-08 Motorola, Inc. Reference circuit and method
US6002244A (en) * 1998-11-17 1999-12-14 Impala Linear Corporation Temperature monitoring circuit with thermal hysteresis
US6100667A (en) * 1999-01-21 2000-08-08 National Semiconductor Corporation Current-to-voltage transition control of a battery charger
GB2355552A (en) 1999-10-20 2001-04-25 Ericsson Telefon Ab L M Electronic circuit for supplying a reference current
US6194886B1 (en) * 1999-10-25 2001-02-27 Analog Devices, Inc. Early voltage and beta compensation circuit for a current mirror
DE10047620B4 (de) * 2000-09-26 2012-01-26 Infineon Technologies Ag Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung auf einem Halbleiterchip
US6566850B2 (en) 2000-12-06 2003-05-20 Intermec Ip Corp. Low-voltage, low-power bandgap reference circuit with bootstrap current
US6366071B1 (en) 2001-07-12 2002-04-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Low voltage supply bandgap reference circuit using PTAT and PTVBE current source
US6690228B1 (en) * 2002-12-11 2004-02-10 Texas Instruments Incorporated Bandgap voltage reference insensitive to voltage offset
US7164308B2 (en) 2003-01-17 2007-01-16 International Rectifier Corporation Temperature compensated bandgap voltage reference
US7352249B2 (en) * 2003-10-03 2008-04-01 Analog Devices, Inc. Phase-locked loop bandwidth calibration circuit and method thereof
TW200524139A (en) * 2003-12-24 2005-07-16 Renesas Tech Corp Voltage generating circuit and semiconductor integrated circuit
US6943617B2 (en) * 2003-12-29 2005-09-13 Silicon Storage Technology, Inc. Low voltage CMOS bandgap reference
US7321225B2 (en) * 2004-03-31 2008-01-22 Silicon Laboratories Inc. Voltage reference generator circuit using low-beta effect of a CMOS bipolar transistor
US7224210B2 (en) * 2004-06-25 2007-05-29 Silicon Laboratories Inc. Voltage reference generator circuit subtracting CTAT current from PTAT current
CN103677037B (zh) * 2012-09-11 2016-04-13 意法半导体研发(上海)有限公司 用于生成带隙基准电压的电路和方法
US8816756B1 (en) 2013-03-13 2014-08-26 Intel Mobile Communications GmbH Bandgap reference circuit
CN107203241B (zh) * 2017-05-30 2018-09-14 深圳市广联智通科技有限公司 一种偏置电流产生电路
US10795395B2 (en) * 2018-11-16 2020-10-06 Ememory Technology Inc. Bandgap voltage reference circuit capable of correcting voltage distortion
CN111552345B (zh) * 2020-06-03 2022-01-18 南京微盟电子有限公司 一种补偿带隙基准电压分流的稳压电路
CN114137294A (zh) * 2020-09-04 2022-03-04 长鑫存储技术有限公司 电压检测电路及电荷泵电路
US11703527B2 (en) 2020-09-04 2023-07-18 Changxin Memory Technologies, Inc. Voltage detection circuit and charge pump circuit

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3586987A (en) * 1969-04-10 1971-06-22 Fairchild Camera And Instr Transistor bias circuit
GB1527718A (en) * 1974-10-29 1978-10-11 Solartron Electronic Group Reference voltage sources
US4263519A (en) * 1979-06-28 1981-04-21 Rca Corporation Bandgap reference
US4317054A (en) * 1980-02-07 1982-02-23 Mostek Corporation Bandgap voltage reference employing sub-surface current using a standard CMOS process
US4375595A (en) * 1981-02-03 1983-03-01 Motorola, Inc. Switched capacitor temperature independent bandgap reference
US4349778A (en) * 1981-05-11 1982-09-14 Motorola, Inc. Band-gap voltage reference having an improved current mirror circuit
JPS5850772A (ja) * 1981-09-21 1983-03-25 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS5896318A (ja) * 1981-12-03 1983-06-08 Fujitsu Ltd 定電圧発生回路
US4571507A (en) * 1982-05-12 1986-02-18 Hybrid Systems Corporation Successive approximation analog-to-digital converter
US4577119A (en) * 1983-11-17 1986-03-18 At&T Bell Laboratories Trimless bandgap reference voltage generator
CH661600A5 (fr) * 1985-01-17 1987-07-31 Centre Electron Horloger Source de tension de reference.
US4588941A (en) * 1985-02-11 1986-05-13 At&T Bell Laboratories Cascode CMOS bandgap reference
EP0217225B1 (de) * 1985-09-30 1991-08-28 Siemens Aktiengesellschaft Trimmbare Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung

Also Published As

Publication number Publication date
US5132556A (en) 1992-07-21
JPH03186910A (ja) 1991-08-14
EP0429198B1 (de) 1996-01-03
KR940005987B1 (ko) 1994-06-30
KR910010699A (ko) 1991-06-29
DE69024619D1 (de) 1996-02-15
EP0429198A3 (en) 1991-08-07
EP0429198A2 (de) 1991-05-29
JP2513926B2 (ja) 1996-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69024619T2 (de) Bandgapreferenzspannungsschaltung
DE3024348C2 (de)
DE4305850C2 (de) Bezugsspannungsgeneratorschaltung mit Temperaturkompensation der Ausgangsspannung
DE69634711T2 (de) VBB-Referenz für spannungsgepümptes Substrat
DE69323239T2 (de) Referenz Spannungsgenerator
DE2951835C2 (de)
DE4111103A1 (de) Cmos-bandabstands-referenzschaltung
DE2166507B2 (de) Bezugsspannungsschaltung
DE69000803T2 (de) Stromquelle mit niedrigem temperaturkoeffizient.
DE69736827T2 (de) Spannungsreferenz mit sperrschicht-feldeffekt und herstellungsverfahren
DE102017125831B4 (de) Bandlücke-Referenzspannungsschaltung, kaskadierte Bandlücke-Referenzspannungsschaltung und Verfahren zum Generieren einer temperaturstabilen Referenzspannung
DE69709925T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines stromes mit positivem temperaturkoeffizienten
DE102019120188A1 (de) Techniken zum generieren von mehreren rauscharmen referenzspannungen
EP0360887B1 (de) CMOS-Spannungsreferenz
DE2935346A1 (de) Integrierte bezugsspannungsquelle in mos-transistortechnik
DE3933986A1 (de) Komplementaerer stromspiegel zur korrektur einer eingangsoffsetspannung eines "diamond-followers" bzw. einer eingangsstufe fuer einen breitbandverstaerker
DE68919764T2 (de) Völlig differentielle Referenzspannungsquelle.
DE69511043T2 (de) Referenzspannungsquelle zur polarisierung von mehreren stromquelletransistoren mit temperaturkompensierter stromversorgung
EP0466717B1 (de) Präzisions-referenzspannungsquelle
DE69213213T2 (de) Genauer MOS-Schwellenspannungsgenerator
DE19843482A1 (de) Schwebender MOS-Kondensator
DE69501980T2 (de) Temperaturstabilisierte Stromquelle
EP1523703B1 (de) Bandabstands-referenzschaltung
DE2520890A1 (de) Transistorverstaerker der darlington- bauart mit interner vorspannung
DE4430350C2 (de) Halbleiterklemmschaltung zur Aufrechterhaltung eines festgelegten Potentials an einem Knoten vom MOS-Typ

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee