EP0162266B1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperatur- und versorgungsspannungsunabhängigen Referenzspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperatur- und versorgungsspannungsunabhängigen Referenzspannung Download PDF

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EP0162266B1
EP0162266B1 EP85104314A EP85104314A EP0162266B1 EP 0162266 B1 EP0162266 B1 EP 0162266B1 EP 85104314 A EP85104314 A EP 85104314A EP 85104314 A EP85104314 A EP 85104314A EP 0162266 B1 EP0162266 B1 EP 0162266B1
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EP
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voltage
circuit
transistor
current
stage
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Dieter Dipl.-Ing. Draxelmayr
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-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
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30—Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • bandgap circuits can be used to generate reference voltages which are independent of the temperature coefficients of the components used in them, i. that is, such a circuit provides a temperature-independent reference voltage.
  • these considerations only apply to first-order temperature dependencies in a relatively narrow temperature range.
  • a voltage-temperature curve is straight only in a narrow temperature range, i. i.e. independent of temperature.
  • such circuits still have a temperature response which, for example, according to the publication “IEEE Journal of Solid-State Circuits •, Vol. SC. 15, No. 6, December 1980, pages 1033 to 1039, can still have a parabolic course with a change of about 1% in a temperature range from -55 ° C to + 125 ° C.
  • the aforementioned temperature response can still have a disruptive effect due to higher-order temperature effects, so that the reference voltage generated by the bandgap circuit is not sufficiently temperature-independent.
  • the present invention is based on the object of specifying a possibility for regulating the two aforementioned effects, in which the regulation of supply voltage fluctuations on the one hand and the regulation of temperature effects in a wide temperature range on the other hand are decoupled from one another.
  • the circuit arrangement according to the invention has the advantage that when regulating supply voltage fluctuations in a circuit, only these supply voltage fluctuations have to be taken into account without having to take into account aspects of the temperature response of such a voltage free of fluctuations.
  • the circuit for generating an output voltage that is essentially only free of fluctuations in the supply voltage may therefore still have a temperature response if this output voltage is used as an input voltage for the circuit regulating the temperature dependencies.
  • the circuit that supplies the current that is used to compensate for the temperature dependencies of the bandgap stage also simultaneously ensures that the temperature dependencies with which the output voltage of the circuit regulating the supply voltage is still affected.
  • a reference voltage is generated from this supply voltage U 0 by a reference voltage stage 10 to be explained in more detail below.
  • This reference voltage stage 10 is followed by a transistor inverter stage, which is formed by a transistor T 1 operated in an emitter circuit with a resistor R 1 in the collector branch and a resistor R 2 in the emitter branch.
  • This inverter stage has approximately the amount of gain 1 if the resistors R 1 and R 2 have the same resistance value. However, the base current of transistor T 1 flowing through resistor R 2 is not taken into account. For this reason, the inverter stage is followed by a stage which serves to compensate for the base current of the transistor T 1.
  • This stage is generally given in the circuit of FIG. 1 by a current source, by which the difference in the currents flowing through the resistors R 1 and R 2 due to the base current of the transistor T 1 is taken into account, i. that is, the current source 11 supplies such a current component that the currents flowing through the resistors R 1 and R 2 are the same.
  • the resistance values of the resistors R 1 and R 2 are chosen so differently that the gain of the transistor inverter stage R 1, T 1, R 2 remains equal to 1 in amount. In other words, this means that current-dependent changes in the base-emitter voltage of the transistor T 1 are compensated by comparing the collector resistance R 1 and the emitter resistance R 2 to maintain the gain with the amount 1. This results in an output voltage U A which is independent of fluctuations in the supply voltage U 0.
  • FIG. 2 shows a more detailed embodiment of the circuit according to FIG. 1, the same elements as in FIG. 1 being provided with the same reference symbols.
  • the stage for compensating the base current of the transistor T 1 of the inverter stage R 1, T 1, R 2 is formed by two transistors T 3, T 2 connected in series with their output circuits, of which the transistor T 3 is dependent on the output signal of the inverter stage R 1, T 1, R 2 and the transistor T 2 is driven by the reference voltage of the reference voltage stage 10.
  • a resistor R 3 is located in the emitter branch of the transistor T 2 driven by the reference voltage.
  • This stage serves to compensate for the base current of the transistor T 1 since the influence of this base current is compensated for by the base current of the transistor T 3, which is approximately the same size.
  • the stage 10 for generating the reference voltage can in turn preferably be a bandgap stage which is fed by a current source.
  • This current source can be formed by a current mirror which is formed by the series connection of a transistor T 4, a resistor R 5, a transistor T 6 connected as a diode and a transistor T 7.
  • This current mirror is driven by the output voltage of the inverter stage R 1, T 1, R 2.
  • transistor T 4 is driven by the output signal of the inverter stage.
  • the transistor T 4 is followed by an emitter follower T 8, the base of which is connected to the base of the transistor T 4.
  • This emitter follower T 8 works as a decoupling impedance converter, from which an output voltage U A 'can be removed.
  • the output voltage U A 'of the circuit for generating an output voltage free of fluctuations in the supply voltage is fed into a circuit according to FIG. 3, which supplies a current I which serves to compensate for temperature dependencies of a bandgap stage 20 which are still present.
  • This circuit specifically contains at its input a voltage divider formed by resistors R 10, R 20, R 30.
  • this voltage divider does not necessarily have to be formed by resistors alone. Rather, embodiments are also possible in which at least one of the resistors in the voltage divider is replaced by a diode.
  • a current source transistor T 9 is located at the tap between the resistors R 20 and R 30, which supplies the current for the bandgap stage 20 which compensates for the temperature dependencies.
  • a voltage source can be formed by at least part of the voltage divider and a transistor lying parallel to it, the latter transistor forming a current mirror with the current source transistor T 9.
  • the voltage source is formed by the resistors R 20 and R 30 of the voltage divider and a transistor T 10 connected in parallel with these resistors with its collector-emitter path, the base of this transistor at the tap between the resistors R 20 and R 30 lies.
  • a transistor T 11 driven by the output voltage U A 'free of supply fluctuations can be connected in series with the current source transistor T 9.
  • FIG. 4 shows a practical embodiment of a circuit arrangement according to the invention, the same elements as in the circuit arrangements according to FIGS. 1 to 3 being provided with the same reference numerals. To avoid repetition, reference is made to the explanations for these components according to FIGS. 1 to 3 for the components of the circuit arrangement according to FIG. 4 which are provided with the same reference symbols.
  • the reference voltage stage 10 according to FIGS. 1 and 2 is formed by two band gap stages 10-1 and 10-2 lying in series. However, it is not absolutely necessary to use bandgap stages to implement the reference voltage stage. Rather, diodes can also be provided in this reference voltage stage, for example.
  • stages 40-1 to 40-3 can also be formed by a diode chain, for example.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bandgap-Stufen bzw. Bandgap-Schaltungen sind bekannt und beispielsweise in dem Buch « Halbleiter-Schaltungstechnik von U. Tietze und Ch. Schenk, 5. überarbeitete Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980, Seiten 387 folgende beschrieben.
  • In der vorgenannten Veröffentlichung ist ausgeführt, daß mittels derartiger Bandgap-Schaltungen Referenzspannungen erzeugt werden können, die unabhängig von Temperaturkoeffizienten der in ihr verwendeten Bauelemente sind, d. h., eine derartige Schaltung liefert eine temperaturunabhängige Referenzspannung. Diese Überlegungen gelten jedoch nur für Temperaturabhängigkeiten erster Ordnung in einem relativ schmalen Temperaturbereich. In der Praxis ist eine Spannungs-Temperatur-Kurve lediglich in einem schmalen Temperaturbereich gerade, d. h., temperaturunabhängig. Tatsächlich besitzen derartige Schaltungen noch einen Temperaturgang, der beispielsweise gemäß der Veröffentlichung « IEEE Journal of Solid-State Circuits •, Vol. SC. 15, Nr. 6, Dezember 1980, Seiten 1033 bis 1039, noch einen parabolischen Verlauf mit einer Änderung von etwa 1 % in einem Temperaturbereich von -55°C bis + 125 °C besitzen kann.
  • In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise in schnellen Digital-Analog-Umsetzern. oder Analog-Digital-Umsetzern kann sich der vorgenannte Temperaturgang aufgrund von Temperatureffekten höherer Ordnung noch störend auswirken, so daß die durch die Bandgap-Schaltung erzeugte Referenzspannung nicht ausreichend temperaturunabhängig ist.
  • Maßnahmen zur Temperaturkompensation von Temperaturgängen höherer Ordnung, insbesondere von zweiter Ordnung sind beispielsweise schon aus der US-PS 4 249 122 und aus der obengenannten Zeitschrift « IEEE Journal of State-Solid Circuits » bekannt geworden. Dabei handelt es sich im Prinzip um schaltungstechnische Maßnahmen, mit denen einer Bandgap-Schaltung ein Strom zugeführt wird, der einen zum Temperaturgang der Bandgap-Schaltung kompensierenden Temperaturgang besitzt.
  • Bei derartigen Schaltungen kommt es jedoch nicht nur darauf an, den Temperaturgang weitestgehend oder vollständig auszuregeln, sondern es muß weiterhin auch berücksichtigt werden, daß die Versorgungsspannung für die Schaltungen noch mit Schwankungen behaftet ist, die ebenfalls im Sinne der Erzeugung einer hochkonstanten Referenzspannung ausgeregelt werden müssen. Wenn also insbesondere die Temperaturregelschaltung noch mit einer mit Schwankungen behafteten Versorgungsspannung versorgt wird, so sind die Anforderungen an die Konstanz der Referenzspannung noch nicht ausreichend erfüllt. Werden sowohl Versorgungsspannungsschwankungen als auch Temperaturänderungen in einer einzigen Schaltungen bzw. einem einzigen Netzwerk gleichzeitig ausgeregelt, so müssen die Regelmechanismen sehr genau sein, da diese Regelmechanismen sich gegenseitig beeinflussen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Ausregelung der beiden vorgenannten Effekte anzugeben, bei der die Ausregelung von Versorgungsspannungsschwankungen einerseits und die Ausregelung von Temperatureffekten in einem weiten Temperaturbereich andererseits voneinander entkoppelt sind.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt den Vorteil, daß bei der Ausregelung von Versorgungsspannungsschwankungen in einer Schaltung nur diese Versorgungsspannungschwankungen berücksichtigt werden müssen, ohne daß dabei schon Gesichtspunkte des Temperaturgangs einer derartigen von Schwankungen freien Spannung in Betracht gezogen werden müssen. Die Schaltung zur Erzeugung einer nur von Schwankungen der Versorgungsspannung im wesentlichen freien Ausgangsspannung darf also noch mit einem Temperaturgang behaftet sein, wenn diese Ausgangsspannung als Eingangsspannung für die Temperaturabhängigkeiten ausregelnde Schaltung verwendet wird. Im Effekt gewährleistet dann die Schaltung, welche den zur Kompensation noch vorhandener Temperaturabhängigkeiten der Bandgap-Stufe dienenden Strom liefert, gleichzeitig auch noch eine Ausregelung der Temperaturabhängigkeiten, mit denen die Ausgangsspannung der die Versorgungsspannung ausregelnden Schaltung noch behaftet ist.
  • Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird im folgenden ahand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt :
    • Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung einer nur von Schwankungen der Versorgungsspannung freien Ausgangsspannung ;
    • Fig. ein Schaltbild einer konkreten Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1 ;
    • Fig. 3 ein Schaltbild einer von der Ausgangsspannung einer Schaltung nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 angesteuerten Schaltung zur Erzeugung eines in eine Bandgap-Stufe einzuspeisenden Stroms, der zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten der Bandgap-Schaltung dient ; und
    • Fig. 4 ein Gesamtschaltbild einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • Gemäß Fig. 1 wird in eine Schaltung zur Erzeugung einer nur von Schwankungen einer Versorgungsspannung freien Ausgangsspannung UA eine Versorgungsspannung U 0 eingespeist, die mit Schwankungen behaftet ist. Aus dieser Versorgungsspannung U 0 wird durch eine im folgenden noch genauer zu erläuternden Bezugsspannungsstufe 10 eine Bezugsspannung erzeugt. Dieser Bezugsspannungsstufe 10 ist eine Transistor-Inverterstufe nachgeschaltet, die durch einen in Emitterschaltung betriebenen Transistor T 1 mit einem Widerstand R 1 im Kollektorzweig und einem Widerstand R 2 im Emitterzweig gebildet wird.
  • Diese Inverterstufe besitzt näherungsweise dem Betrage nach die Verstärkung 1, wenn die Widerstände R 1 und R 2 den gleichen Widerstandswert besitzen. Dabei ist jedoch der durch den Widerstand R 2 fließende Basisstrom des Transistors T 1 nicht berücksichtigt. Aus diesem Grunde ist der Inverterstufe eine Stufe nachgeschaltet, welche zur Kompensation des Basisstroms des Transistors T 1 dient. Diese Stufe ist in der Schaltung nach Fig. 1 generell durch eine Stromquelle gegeben, durch die dem Unterschied der durch die Widerstände R 1 und R 2 fließenden Ströme aufgrund des Basisstroms des Transistors T 1 Rechnung getragen wird, d. h., die Stromquelle 11 liefert einen solchen Stromanteil, daß die die Widerstände R 1 und R 2 durchfließenden Ströme gleich sind.
  • Zur Berücksichtigung der Tatsache, daß sich die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 1 noch mit der Versorgungsspannung U 0 ändert, werden die Widerstandswerte der Widerstände R 1 und R 2 so unterschiedlich gewählt, daß die Verstärkung der Transistor-Inverterstufe R 1, T 1, R 2 dem Betrage nach gleich 1 bleibt. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß stromabhängige Änderungen der Basis-Emitterspannung des Transistors T 1 durch Abgleich des Kollektorwiderstandes R 1 und des Emitterwiderstandes R 2 zur Aufrechterhaltung der Verstärkung mit dem Betrage 1, kompensiert werden. Daraus ergibt sich eine Ausgangsspannung U A, die unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung U 0 ist.
  • Fig. 2 zeigt eine detailliertere Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1, wobei gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Die Stufe zur Kompensation des Basisstroms des Transistors T 1 der Inverterstufe R 1, T 1, R 2 wird durch zwei mit ihren Ausgangskreisen in Reihe geschaltete Transistoren T 3, T 2 gebildet, von denen der Transistor T 3 vom Ausgangssignal der Inverterstufe R 1, T 1, R 2 und der Transistor T 2 von der Bezugsspannung der Bezugsspannungsstufe 10 angesteuert wird. Im Emitterzweig des von der Bezugsspannung angesteuerten Transistors T 2 liegt dabei ein Widerstand R 3. Diese Stufe dient zur Kompensation des Basisstroms des Transistors T 1 da der Einfluß dieses Basisstroms durch den - annähernd gleich großen - Basisstrom des Transistors T 3 kompensiert wird. Die Stufe 10 zur Erzeugung der Bezugsspannung kann ihrerseits vorzugsweise eine Bandgap-Stufe sein, die von einer Stromquelle gespeist wird. Diese Stromquelle kann durch einen Stromspiegel gebildet werden, der durch die Reihenschaltung eines Transistors T 4, eines Widerstandes R 5, eines als Diode geschalteten Transistors T 6 sowie einen Transistor T 7 gebildet wird. Dieser Stromspiegel wird dabei von der Ausgangsspannung der Inverterstufe R 1, T 1, R 2 angesteuert. Speziell wird dabei der Transistor T 4 vom Ausgangssignal der Inverterstufe angesteuert.
  • Die Schaltungsanordnung nach Fig. liefert daher an ihrem Ausgang, d. h., an der Basis des Transistors T 4 eine Ausgangsspannung U A, die jedoch noch mit einer Temperaturdrift behaftet ist.
  • Um unterschiedlichen Belastungen der Schaltung nach Fig. 2 Rechnung zu tragen, ist ihrem Ausgang, d. h. dem Transistor T 4 ein Emitterfolger T 8 nachgeschaltet, dessen Basis mit der Basis des Transistors T 4 verbunden ist. Dieser Emitterfolger T 8 arbeitet als entkoppelnder Impedanzwandler, an dem eine Ausgangsspannung U A' abnehmbar ist.
  • Die Ausgangsspannung U A' der Schaltung zur Erzeugung einer von Schwankungen der Versorgungsspannung freien Ausgangsspannung wird in eine Schaltung nach Fig. 3 eingespeist, welche einen zur Kompensation noch vorhandener Temperaturabhängigkeiten einer Bandgap-Stufe 20 dienenden Strom I liefert. Diese Schaltung enthält speziell an ihrem Eingang einen durch Widerstände R 10, R 20, R 30 gebildeten Spannungsteiler. Dieser Spannungsteiler muß jedoch nicht zwingend allein durch Widerstände gebildet werden. Es sind vielmehr auch Ausführungsformen möglich, bei denen mindestens einer der Widerstände im Spannungsteiler durch eine Diode ersetzt ist.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt am Abgriff zwischen den Widerständen R 20 und R 30 ein Stromquellentransistor T 9, der den Temperaturabhängigkeiten kompensierenden Strom für die Bandgap-Stufe 20 liefert.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann durch wenigstens einen Teil des Spannungsteilers und einen diesem parallel liegenden Transistor eine Spannungsquelle gebildet werden sein, wobei der letztgenannte Transistor mit dem Stromquellentransistor T 9 einen Stromspiegel bildet. Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel wird die Spannungsquelle durch die Widerstände R 20 und R 30 des Spannungsteilers sowie einen mit seiner Kollektor-Emitterstrecke diesen Widerständen parallel liegenden Transistor T 10 gebildet, wobei die Basis dieses Transistors am Abgriff zwischen den Widerständen R 20 und R 30 liegt.
  • Zur Kompensation des sog. Early-Effektes kann in Reihe zum Stromquellen-Transistor T 9 ein von der von Versorgungsschwankungen freien Ausgangsspannung U A' angesteuerter Transistor T 11 liegen.
  • Da die Temperaturdrift der Spannung U A' bekannt ist, kann durch Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R 10, R 20, R 30 im Spannungsteiler eine gewünschte Temperaturdrift des in die Bandgap-Stufe 20 fließenden Stromes I vorgegeben werden, wodurch Temperaturschwankungen höherer Ordnung, mit denen die Bandgap-Stufe 20 im Sinne der eingangs angeführten Ausführungen noch behaftet ist, kompensiert werden. Die eine Referenzspannung U Ref darstellende Ausgangsspannung der Band- gap-Stufe 20 ist daher sowohl von Schwankungen der Versorgungsspannung als auch von Temperaturschwankungen frei.
  • Fig. 4 zeigt eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei gleiche Elemente wie in den Schaltungsanordnungen nach den Figuren 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird für die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Komponenten der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 auf die Ausführungen zu diesen Komponenten nach den Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Bei dieser praktischen Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig.4 wird die Bezugsspannungsstufe 10 nach den Figuren 1 und 2 durch zwei in Reihe liegende Bandgap-Stufen 10-1 und 10-2 gebildet. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß zur Realisierung der Bezugsspannungsstufe Bandgap-Stufen verwendet werden. Vielmehr können in dieser Bezugsspannungsstufe beispielsweise auch Dioden vorgesehen werden.
  • In der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 sind weiterhin zwei Schaltungen zur Erzeugung der von Schwankungen der Versorgungsspannung freien Ausgangsspannung U A' vorgesehen, wobei die erste Schaltung, der eine Schaltung nach Fig. 2 in Kaskade nachgeschaltet ist, durch eine der Schaltung nach Fig. 2 entsprechende Schaltung gebildet wird. Um anzudeuten, daß diese erste Schaltung, welche eine Vorstabilisierung der Versorgungsspannung bewirkt, der Schaltung nach 'Fig. 2 entspricht, sind die Bezugszeichen entsprechender Elemente mit einem Strich versehen. Die die Bezugsspannung liefernde Stufe in der ersten Schaltung wird durch drei in Reihe liegende Bandgap-Stufen 40-1 bis 40-3 gebildet, wobei wiederum darauf hinzuweisen ist, daß hier nicht notwendig Bandgap-Stufen zur Anwendung kommen können. Ebenso wie bei der durch die Stufen 10-1 und 10-2 gebildeten Bezugsspannungsstufe können die Stufen 40-1 bis 40-3 beispielsweise auch durch eine Diodenkette gebildet werden.
  • Auch ist es in der ersten Schaltung nicht unbedingt erforderlich, eine Basisstrom-Kompensation des dem Transistor T 1 entsprechenden Transistors T 1' durchzuführen.
  • Durch Hinzufügung einer weiteren Schaltung zur Erzeugung eines Temperaturabhängigkeiten kompensierenden Stroms für die Bandgap-Stufe 20, in der unterschiedliche Werte der in ihr vorhandenen Komponenten gewählt werden können, ergibt sich eine größere Variabilität der Temperaturkompensation. Um anzudeuten, daß diese weitere Schaltung der Schaltung nach Fig. 3 entspricht, sind die entsprechenden Bezugszeichen wiederum mit einem Strich versehen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, liegen dabei die beiden den Strom zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten liefernden Schaltungen parallel.

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Temperatur- und versorgungsspannungsunabhängigen Referenzspannung (U Ref) mit einer die Referenzspannung (U Ref) liefernden Bandgap-Stufe (20), in die zur Kompensation noch vorhandener Temperaturabhängigkeiten ein Strom (I ; I') mit einer diese Temperaturabhängigkeiten eliminierenden Charakteristik angespeist wird, gekennzeichnet durch eine Schaltung (Fig. 1, Fig. 2) zur Erzeugung einer nur von Schwankungen der Versorgungsspannung (U 0) im wesentlichen freien Ausgangsspannung (U A') und eine von der Ausgangsspannung (U A') angesteuerte Schaltung (Fig. 3), welche den zur Kompensation noch vorhandener Temperaturabhängigkeiten dienenden Strom (I ; I') liefert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (Fig. 1, Fig. 2) zur Erzeugung der von Schwankungen der Versorgungsspannung (U 0) im wesentlichen freien Ausgangsspannung (U A') folgende Komponenten aufweist :
Eine eine Bezugsspannung liefernde Bezugsspannungsstufe (10 ; 10-1, 10-2),
eine von der Bezugsspannung angesteuerte Transistor-Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) mit der Verstärkung 1 und
eine der Transistor-Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) nachgeschaltete Stufe (11 ; T 3, T 2, R 3) zur Kompensation des Basisstroms der Inverterstufe (R 1, T 1, R 2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistor-Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) einen in Emitterschaltung betriebenen Transistor (T 1) mit je einem Kollektor- und Emitterwiderstand (R 1, R 2) aufweist, die so abgeglichen sind, daß stromabhängige Änderungen der Basis-Emitterspannung des Transistors (T 1) zur Aufrechterhaltung der Verstärkung (1) kompensiert sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (T 3, T 2, R 3) zur Kompensation des Basisstroms der Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) zwei mit ihren Ausgangskreisen in Reihe geschaltete Transistoren (T 3, T 2) aufweist, von denen einer (T 3) vom Ausgangssignal der Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) und der andere (T 2) von der Bezugsspannung angesteuert ist, und daß im Emitterzweig des von der Bezugsspannung angesteuerten Transistors (T 2) ein Widerstand (R 3) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (10) zur Erzeugung der Bezugsspannung mindestens eine von einer Stromquelle (T 4, R 5, T 6, T 7) gespeiste Bandgap-Stufe (beispielsweise 10-1) enthält.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (T 4, R 5, T 6, T 7) als Stromspiegel ausgebildet ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspiegel (T 4, R 5, T 6, T 7) von der Ausgangsspannung der Inverterstufe (R 1, T 1, R 2) angesteuert ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltung (Fig. 2) zur Erzeugung der Ausgangsspannung (U A') ein Emitterfolger (T 8) nachgeschaltet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Kaskadenschaltung mindestens zweier Schaltungen zur Erzeugung der von Schwankungen der Versorgungsspannung (U 0) im wesentlichen freien Ausgangsspannung (U A') (Fig. 4).
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (Fig. 3), welche den zur Kompensation noch vorhandener Temperaturabhängigkeiten dienenden Strom (I) liefert, einen an den Ausgang der Schaltung (Fig. 2) zur Erzeugung einer von Schwankungen der Versorgungsspannung (U 0) im wesentlichen freien Ausgangsspannung (U A') angekoppelten Spannungsteiler (R 10, R 20, R 30) und einen an einem Abgriff dieses Spannungsteilers (R 10, R 20, R 30) liegenden Stromquellen- Transistor (T 9) aufweist, über den der Temperaturabhängigkeiten kompensierende Strom (I) in die die Referenzspannung (U Ref) liefernde Band- gap-Stufe (20) eingespeist ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch wenigstens einen Teil (R 20, R 30) des Spannungsteilers (R 10, R 20, R.30) und einen diesem parallel liegenden Transistor (T 10) eine Spannungsquelle gebildet ist und daß der Transistor (T 10) der Spannungsquelle (R 20, R 30, T 10) mit dem Stromquellen-Transistor (T 9) einen Stromspiegel bildet.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Stromquellen-Transistor (T 9) ein von der von Versorgungsspannungsschwankungen freien Ausgangsspannung (U A') angesteuerter Transistor (T 11) liegt.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung wenigstens zweier den Strom (I, I') zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten liefernden Schaltungen (Fig. 4).
EP85104314A 1984-04-19 1985-04-10 Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperatur- und versorgungsspannungsunabhängigen Referenzspannung Expired EP0162266B1 (de)

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