Claims (7)
"Referenzstromqenerator""Reference current generator"
Die Erfindung betrifft einen Referenzstromgenerator zum
Einsatz in einem integrierten Schaltkreis, der geeignet ist, einen stabilen und mittels eines externen Widerstandes
regelbaren Strom zu liefern.The invention relates to a reference current generator for use in an integrated circuit, which is suitable for supplying a stable current that can be regulated by means of an external resistor.
Zahlreiche analoge integrierte Schaltkreise liefern Ausgangssignale,
deren Wert von einem im Inneren des Schaltkreises erzeugten Strom abhängt. Es ist folglich notwendig,
über einen mittels eines externen Widerstandes regelbaren Strom zu verfügen, entweder um den Strom ein für alle Male
zu regeln oder um diesen Strom in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandes, z.B. im Falle von Temperaturänderungen
zu verändern.Many analog integrated circuits provide output signals,
the value of which depends on a current generated inside the circuit. It is therefore necessary
to have a current that can be regulated by means of an external resistor, either to regulate the current once and for all
or to vary this current according to changes in the resistance, for example in the event of temperature changes.
Lediglich beispielhaft, aber nicht beschränkend sei die Ausbildung eines Stromgenerators erwähnt, der in einen
elektronischen Mikroschaltkreis für Telefonapparate integriert ist, so wie ein solcher beispielsweise in dem Dokument
EP-A-O 328 462 beschrieben ist.Merely by way of example, but not by way of limitation, mention may be made of the design of a current generator which is integrated into an electronic microcircuit for telephone sets, such as that described, for example, in the document EP-A-0 328 462.
Wie in dieser Veröffentlichung liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen derartigen Referenzgenerator zu schaffen, der wenig empfindlich auf elektromagnetische Störungen,
eventuell bei hoher Frequenz, ist, was impliziert, daßAs in this publication, the invention is based on the object of creating such a reference generator that is less sensitive to electromagnetic interference, possibly at high frequency, which implies that
der Generator, von außerhalb gesehen, eine sehr erhöhte Impedanz
in einem großen Frequenzbereich aufweisen muß.the generator, seen from the outside, must have a very high impedance
over a wide frequency range.
Diese Aufgabe wird mit einem Referenzstromgenerator der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß dieser drei Verzweigungen aufweist, die zwischen einer Einspeisung und einer selben Impedanz innerhalb des geschlossenen
Schaltkreises angeordnet ist, wobei eine der Verzweigungen einen stromaufwärtigen Transistor in Diodenanordnung
in Reihe mit einem stromabwärtigen Transistor aufweist, welcher mit der Sprungspannung des Energiebereiches
polarisiert ist, wobei eine zweite Verzweigung einen stromaufwärtigen Transistor in Reihe mit einem stromabwärtigen
Transistor in Diodenanordnung aufweist, und wobei eine dritte Verzweigung einen stromaufwärtigen Transistor in
Reihe mit einem stromabwärtigen Transistor zur Kopie des den stromabwärtigen Transistor der zweiten Verzweigung
durchfließenden Stromes aufweist, wobei die Basen der stromaufwärtigen Transistoren auf demselben Potential gehalten
sind und die Basen der stromabwärtigen Transistoren der zweiten und dritten Verzweigung mit einer Ausgangsleitung
des externen Regelwiderstandes verbunden sind, wobei der Ausgangsstrom zwischen den Transistoren der dritten
Verzweigung entnommen ist.This object is achieved according to the invention with a reference current generator of the type described at the outset in that it has three branches which are arranged between a feed and a same impedance within the closed circuit, one of the branches having an upstream transistor in a diode arrangement in series with a downstream transistor which is polarized with the jump voltage of the energy range, a second branch having an upstream transistor in series with a downstream transistor in a diode arrangement, and a third branch having an upstream transistor in series with a downstream transistor for copying the current flowing through the downstream transistor of the second branch, the bases of the upstream transistors being kept at the same potential and the bases of the downstream transistors of the second and third branches being connected to an output line of the external control resistor, the output current between the transistors of the third
branch.
Diese Anordnung erlaubt es, demselben Strom 21' in den drei
stromaufwärtigen Transistoren der drei Verzweigungen (gegenüber
nur zwei Verzweigungen bei bekannten Lösungen) fließen zu lassen, welche identisch aufgebaut sein können,
und durch zwei stromabwärtige Transistoren (oder einen stromabwärtigen Transistor mit doppelter Oberfläche) in der
ersten Verzweigung die Ströme in der gesamten Anordnung der stromabwärtigen Transistoren vollständig auszugleichen. In
der Tat trennt sich der Strom 21' in der zweiten Verzweigung in einen Strom, der die interne Impedanz durchfließt
und einen Strom, der in den externen Widerstand Re abgeleitet
wird, während der Strom 21' in der dritten Verzweigung
sich in einen Strom, der den stromabwärtigen Transistor der dritten Verzweigung durchfließt und in einen AusgangsstromThis arrangement makes it possible to make the same current 21' flow in the three upstream transistors of the three branches (compared to only two branches in known solutions), which can be identically constructed, and to completely balance the currents in the entire arrangement of downstream transistors by means of two downstream transistors (or a downstream transistor with double surface) in the first branch. In fact, the current 21' in the second branch is separated into a current flowing through the internal impedance and a current diverted into the external resistor R e , while the current 21' in the third branch is separated into a current flowing through the downstream transistor of the third branch and into an output current
I trennt. Man findet die Sprungspannung des gesperrten Bereiches (1,25 V im Falle der Integration aus Silizium) an
der Ausgangsklemme, die mit dem externen Widerstand verbunden ist. Dies kann derart optimiert werden, daß I genau mitI. The step voltage of the blocked region (1.25 V in the case of silicon integration) is found at the output terminal, which is connected to the external resistor. This can be optimized so that I is exactly
II übereinstimmt.I I matches.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt inThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows in
Fig. 1 ein Prinzipschema eines integrierten Generators nach einer bevorzugten Ausführungform undFig. 1 is a schematic diagram of an integrated generator according to a preferred embodiment and
Fig. 2 eine Kurve, welche die Variation der reellen und imaginären Bestandteile der Impedanz des Generators
repräsentiert, am Ausgang in einem besonderen Anwendungsfall betrachtet.Fig. 2 is a curve representing the variation of the real and imaginary components of the generator’s impedance, considered at the output in a particular application.
Der schematisch in Fig. 1 dargestellte Generator weist drei Verzweigungen auf, die jeweils zwischen einer Einspeisespannung
+V und einer internen resistiven Impedanz, dargestellt in Fom eines internen Widerstandes 10 des Wertes R^
angeordnet ist. Im dargestellten Fall weist der Generator nur bipolare Transistoren auf. Selbstverständlich könnten
auch Transistoren des Typs MOS eingesetzt werden.The generator shown schematically in Fig. 1 has three branches, each of which is arranged between a supply voltage
+V and an internal resistive impedance, shown in the form of an internal resistor 10 of value R^. In the case shown, the generator has only bipolar transistors. Of course,
MOS type transistors could also be used.
Jede Verzweigung des dargestellten Generators, integrierbar auf Silizium, hat einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen
Transistor, wobei die beiden Transistoren komplementär ausgebildet sind. Im in Fig. 1 dargestellten Falle
weist die erste Verzweigung einen stromaufwärtigen Transistor 12 des Typs PNP auf, dessen Kollektor mit der Basis
zur Bildung einer Diode verbunden ist. Der stromabwärtige Transistor ist in Form zweier parallel angeordneter Transistoren
14a und 14b des Typs NPN dargestellt, aber in der Praxis kann es sich auch um einen einzigen Transistor mitEach branch of the generator shown, which can be integrated on silicon, has an upstream and a downstream transistor, the two transistors being complementary. In the case shown in Fig. 1, the first branch has an upstream transistor 12 of the PNP type, the collector of which is connected to the base to form a diode. The downstream transistor is shown in the form of two transistors 14a and 14b of the NPN type arranged in parallel, but in practice it can also be a single transistor with
einer Siliziumoberfläche handeln, die doppelt so groß wie
die der stromabwärtigen Transistoren der anderen beiden Verzweigungen ist. Die Polarisationsspannung V^, die an den
Transistoren 14a und 14b anliegt, ist gleich der Sprungspannung des gesperrten Bereiches. Mit 21' ist der in der
ersten Verzweigung fließende Strom bezeichnet.a silicon surface that is twice as large as that of the downstream transistors of the other two branches. The polarization voltage V^ applied to the transistors 14a and 14b is equal to the step voltage of the blocked region. The current flowing in the first branch is designated by 21'.
Die zweite und dritte Verzweigung weist stromaufwärtige Transistoren 16 und 18 des Typs PNP auf, die identisch mit
dem Transistor 12 sind und dazu bestimmt sind, einen Strom 21' durchfließen zu lassen. Der stromabwärtige Transistor
20 der zweiten Verzweigung in Diodenanordnung zum Durchfließen eines Stromes I' liefert einen Referenzstrom für
die Basis des stromabwärtigen Transistors 23 der dritten Verzweigung. Wenn die Transistoren 20 und 22 identisch mit
den Transistoren 14a und 14b sind und eine äquivalente Siliziumoberfläche
aufweisen, gleichen sich die Ströme aus und die Spannung V^ findet sich an der Ausgangsklemme 26
wieder, an der der externe Regelwiderstand 28 angeschlossen werden kann. Es ist wünschenswert, daß dieser Widerstand Re
proportional zur Spannung Vj36 ist, derart, daß der Strom I,
der diesen durchfließt, sehr nahe an dem Wert I* ist.The second and third branches have upstream transistors 16 and 18 of the PNP type, identical to transistor 12, intended to pass a current 21'. The downstream transistor 20 of the second branch, in diode configuration for passing a current I', provides a reference current for the base of the downstream transistor 23 of the third branch. If the transistors 20 and 22 are identical to the transistors 14a and 14b and have an equivalent silicon surface, the currents balance each other and the voltage V^ is found at the output terminal 26 to which the external regulating resistor 28 can be connected. It is desirable that this resistance R e be proportional to the voltage Vj 36 , so that the current I flowing through it is very close to the value I*.
Ein Kondensator 30 kann mit dem Widerstand Re parallel geschaltet
werden, um den Effekt von Störkapazitäten zu verringern, ohne jedoch eine Phasenverschiebung zu erzeugen.A capacitor 30 may be connected in parallel with the resistor R e to reduce the effect of parasitic capacitances without producing a phase shift.
So findet sich jede radio-elektrische Störung an den Widerstand
Re gekoppelt gegenüber einem Kondensator mit konstantem
Wert.Thus, any radio-electrical disturbance is coupled to the resistance R e compared to a capacitor of constant value.
Der Stromausgang I kann direkt an die dritte Verzweigung angekoppelt werden, zwischen den Transistoren 18 und 22. Um
den Effekt der Unvollkommenheit der Transistoren und den Einfluß des Basisstromes zu begrenzen, ist es bevorzugt,
zwischen die dritte Verzweigung und den Ausgang 32 eine Differentialstufe zwischenzuschalten. In dem in Fig. 2 dargestellten
Fall weist diese Stufe einen Stromspiegel auf, welche von zwei Transistoren 34 und 36 des Typs NPN gebildet
ist. Der Basisstrom der Transistoren 34 und 36 wird von einem zusätzlichen NPN-Transistor 38 geliefert. Die Einspeisespannung
+V soll dann weniger als 2Vj3Q sein, etwa ungefähr
1,4 Volt im Falle einer Integration aus Silizium. Dieser Wert ist kompatibel mit dem, der notwendig ist für
die Speisung der Verzweigungen.The current output I can be coupled directly to the third branch, between the transistors 18 and 22. In order to limit the effect of the imperfections of the transistors and the influence of the base current, it is preferable to interpose a differential stage between the third branch and the output 32. In the case shown in Fig. 2, this stage comprises a current mirror formed by two transistors 34 and 36 of the NPN type. The base current of the transistors 34 and 36 is supplied by an additional NPN transistor 38. The supply voltage +V should then be less than 2Vj 3 Q, approximately 1.4 volts in the case of a silicon integration. This value is compatible with that required to supply the branches.
Im allgemeinen liegt die Spannung an den Klemmen des Widerstandes Re, immer für den Fall einer Integration aus Silizium,
in der Größenordnung von 0,6 Volt, was zu einem Wert von Rj^ führt, der etwa das Achtfache des Widerstandswertes
Re beträgt.In general, the voltage at the terminals of the resistor R e , always in the case of a silicon integration, is of the order of 0.6 volts, which leads to a value of Rj^ which is about eight times the resistance value R e .
Für den Fall, daß der Widerstand 10 integriert ist, weist er von einem Schaltkreis zu einem anderen eine Streuung
auf, die leicht den Ausgangsstrom I verändern kann. Wenn eine große Präzision erforderlich ist, kann man den Widerstand
10 durch einen Transistor 38 (gestrichelt in Fig. 1) ersetzen, der eine Oberfläche aufweist, die ausreichend
ist, um einen Strom 41' durchzulassen. Die Basis dieses
Transistors ist, für den Fall, daß eine Ausgangsstufe existiert, mit dem Milieupunkt des Spiegels verbunden, d.h.
mit der Basis der Transistoren 34 und 36. In diesem Fall ist eine Anlaßdiode 40 zwischen der Eingangsspannung V^e
und der dritten Verzweigung angeordnet.If the resistor 10 is integrated, it has a dispersion from one circuit to another which can easily alter the output current I. If great precision is required, the resistor 10 can be replaced by a transistor 38 (dashed in Fig. 1) having a surface area sufficient to allow a current 41' to pass through. The base of this transistor is connected, if an output stage exists, to the milieu point of the mirror, i.e. to the base of the transistors 34 and 36. In this case, a starting diode 40 is placed between the input voltage V^e and the third branch.
Impedanzmessungen mit einem Generator des in Fig. 1 dargestellten Typs zeigen eine Variation der imaginären Impedanz
J und der reellen Impedanz S, wie in Fig. 2 dargestellt. Man sieht, daß die Impedanz bis zu einer Frequenz von über
10 MHz induktiv bleibt.Impedance measurements with a generator of the type shown in Fig. 1 show a variation of the imaginary impedance
J and the real impedance S as shown in Fig. 2. It can be seen that the impedance remains inductive up to a frequency above
10 MHz.
Ansprüche:Expectations:
1. Integrierter Referenzstromgenerator mit einem externen Regelwiderstand
,
dadurch gekennzeichnet,1. Integrated reference current generator with an external rheostat,
characterized,
daß er drei Verzweigungen aufweist, die zwischen einer Einspeisung
und einer selben internen Impedanz innerhalb des geschlossenen Schaltkreises angeordnet sind, wobei eine der
Verzweigungen einen stromaufwärtigen Transistor (12) in Diodenanordnung in Reihe mit einem stromabwärtigen Transistor
(14a,14b) aufweist, der mit einer Sprungspannung des
Energiebereiches polarisiert ist, wobei eine zweite Verzweigung einen stromaufwärtigen Transistor (16) in Reihe
mit einem stromabwärtigen Transistor (20) in Diodenanordnung aufweist, und wobei eine dritte Verzweigung einen
stromaufwärtigen Transistor (18) in Reihe mit einem stromabwärtigen Transistor (22) zur Kopie des den stromabwärtigen
Transistor der zweiten Verzweigung durchfließenden Stromes aufweist, wobei die Basen der stromaufwärtigen
Transistoren (12,16,18) auf demselben Potential gehalten sind und die Basen der stromabwärtigen Transistoren (20,22)
der zweiten und dritten Verzweigung mit einer Ausgangsleitung des externen Regelwiderstandes (28) verbunden sind,
wobei der Ausgangsstrom (I) zwischen den Transistoren (18,22) der dritten Verzweigung entnommen ist.that it has three branches arranged between a feed and a same internal impedance within the closed circuit, one of the branches having an upstream transistor (12) in diode arrangement in series with a downstream transistor (14a, 14b) polarized with a step voltage of the energy range, a second branch having an upstream transistor (16) in series with a downstream transistor (20) in diode arrangement, and a third branch having an upstream transistor (18) in series with a downstream transistor (22) for copying the current flowing through the downstream transistor of the second branch, the bases of the upstream transistors (12, 16, 18) being kept at the same potential and the bases of the downstream transistors (20, 22) of the second and third branches are connected to an output line of the external control resistor (28),
wherein the output current (I) between the transistors (18,22) is taken from the third branch.
2. Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,2. Generator according to claim 1,
characterized,
daß der externe Widerstand einen solchen Wert hat, daß der Strom (I) der ihn durchfließt, annähernd gleich der Hälfte
des Stromes (21*) in den stromaufwärtigen Transistoren ist.that the external resistance has such a value that the current (I) flowing through it is approximately equal to half
the current (21*) in the upstream transistors.
3. Generator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,3. Generator according to claim 1 or 2,
characterized,
daß die interne Impedanz ein Widerstand (10) ist.that the internal impedance is a resistor (10).
4. Generator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,4. Generator according to claim 1 or 2,
characterized,
daß die interne Impedanz von einem Transistor oder einer Gruppe von Transistoren mit einer ausreichenden Oberfläche
für das Durchfließen eines gegenüber dem in den stroraaufwärtigen Transistoren fließenden Stromes doppelt so großen
Stromes gebildet ist.that the internal impedance is formed by a transistor or a group of transistors with a sufficient surface area
to allow a current twice as large as that flowing in the upstream transistors to flow through it.
5. Generator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,5. Generator according to one of the preceding claims, characterized in
daß er eine Ausgangsdifferentialstufe mit einem Stromspiegel
aufweist.that it has an output differential stage with a current mirror.
6. Generator nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,6. Generator according to claim 5,
characterized,
daß die Ausgangsstufe zusätzlich zu dem von zwei Transistoren
(34,36) gebildeten Stromspiegel einen zusätzlichen
Transistor (38) zur Lieferung des Basisstromes aufweist.that the output stage, in addition to the current mirror formed by two transistors (34,36), has an additional
Transistor (38) for supplying the base current.
7. Generator nach einem der vorangehenden Ansprüche integiert
auf Silizium,
dadurch gekennzeichnet,7. Generator according to one of the preceding claims integrated on silicon,
characterized,
daß die interne Impedanz ein integrierter Widerstand (10)
ist, der einen etwa um das Achtfache größeren Widerstandswert als der externe Widerstand (28) aufweist.that the internal impedance is an integrated resistor (10)
which has a resistance value approximately eight times greater than the external resistor (28).