EP0759588A2 - Circuit arrangement for delivering a constant current - Google Patents

Circuit arrangement for delivering a constant current Download PDF

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EP0759588A2
EP0759588A2 EP96202306A EP96202306A EP0759588A2 EP 0759588 A2 EP0759588 A2 EP 0759588A2 EP 96202306 A EP96202306 A EP 96202306A EP 96202306 A EP96202306 A EP 96202306A EP 0759588 A2 EP0759588 A2 EP 0759588A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
resistor
control
constant
source
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.)
Withdrawn
Application number
EP96202306A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0759588A3 (en
Inventor
Holger Philips Patentverwaltung GmbH Gehrt
Wolfgang Philips Patentverwaltung GmbH Schnitt
Joachim Dr. Philips Patentverwaltung GmbH Utzig
Gert Philips Patentverwaltung GmbH Bierkarre
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.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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 Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Philips Patentverwaltung GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV, Philips Electronics NV filed Critical Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Publication of EP0759588A2 publication Critical patent/EP0759588A2/en
Publication of EP0759588A3 publication Critical patent/EP0759588A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • 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
    • G05F3/26—Current mirrors
    • G05F3/265—Current mirrors using bipolar transistors only

Definitions

  • a second, negative aspect of bipolar integration is the large scatter of the resistance values from 10 to 20%, as occurs with diffusion or implantation of integrated resistors. This means that the generated, stabilized currents have a corresponding spreading range.
  • the full exploitation of the possible accuracy therefore requires a hybrid technology in which an integrated transistor circuit must be connected to one or more external resistors. Such Superstructures are too costly to manufacture and adjust for many applications.
  • a reference current source is known which is based on the principle of band gap voltage stabilization.
  • the starting point here is temperature-dependent currents in two transistors forming the bandgap stabilization, to which resistors with an inverse temperature characteristic are connected in parallel. By carefully dimensioning these temperature characteristics, the temperature response of the current should then be compensated for by the transistors forming the bandgap stabilization.
  • the resistors to be connected in parallel with the transistors should carry a current that decreases with increasing temperature. When such a circuit arrangement is integrated on a semiconductor body, however, the difficulty arises that resistors integrated in the semiconductor material have a resistance value that increases with increasing temperature and thus carry a decreasing current.
  • the invention has for its object to provide a circuit arrangement which delivers a constant, temperature-stable current and can be fully integrated on a semiconductor body.
  • the constant current to be supplied is determined exclusively by predetermined current ratios or resistance ratios, which can be produced very easily and precisely using conventional semiconductor integration techniques, the absolute values of the currents or resistors used in the ratio being at least largely in terms of production technology limits that are easy to comply with are irrelevant.
  • the circuit arrangement according to the invention is thus able to meet high requirements for the accuracy of the constant current to be supplied with low demands on the manufacturing accuracy.
  • a reference voltage source as is also used in the prior art (“band gap”), serves as the basis.
  • a portion of the constant voltage output by the reference voltage source that can be reproduced with great accuracy is taken as a measure to which the difference between the voltages occurring at the two resistors is set.
  • the first control current flowing through both resistors is regulated. This first control current in turn has a fixed, predeterminable ratio to the constant current to be supplied.
  • the trimmability of at least one of the two resistors mentioned serves as an additional setting option.
  • a very constant current can therefore be set in a very simple manner, which current is stable without special measures for the adjustment or for the compensation of opposing characteristic curves.
  • the constant current to be supplied is determined in terms of its temperature dependence only by the constant voltage of the reference voltage source, the difference between the voltages occurring at the first and the second resistor, and by a voltage ratio and a current ratio, and furthermore the constant voltage and the ratios mentioned are temperature independent, can be a temperature dependency only occur due to the voltage difference mentioned.
  • This voltage difference can, however, be traced back to a difference in the resistance values for a predetermined first control current, which difference can also be carried out independently of the temperature.
  • At least the trimmable of these two resistors is preferably trimmed with polycrystalline silicon, i.e. formed as a so-called polysilicon resistor.
  • polycrystalline silicon i.e. formed as a so-called polysilicon resistor.
  • Such resistors can be applied as layers on semiconductor bodies with integrated circuit arrangements very easily and inexpensively.
  • such resistances can be determined by applying predetermined currents to certain currents Trim resistance values. With this trimming, however, only the resistance value at a given reference temperature is changed, but not the absolute change of the resistance value with temperature.
  • the temperature coefficient of the trimmed polysilicon resistor changes in such a way that a resistance difference between two such resistors with matching geometric dimensions becomes independent of the temperature. If polysilicon resistors of identical dimensions are now used as the first and second resistors in the circuit arrangement according to the invention, they can be used to specify an adjustable (trimmable), temperature-independent difference between two resistance values, by means of which the constant current to be supplied becomes temperature-independent in a simple manner.
  • control stage represents a preferred, simple possibility of maintaining the required high accuracy or constancy of the current to be supplied with little circuit complexity and relatively low demands on manufacturing tolerances. This is achieved in that - as already explained above - current or resistance relationships are used to form the control currents or voltages which do not depend, or only insignificantly, on production variations.
  • the circuit arrangement according to the invention can therefore advantageously be completely integrated on a semiconductor body, i.e. all circuit elements of the circuit arrangement according to the invention are combined in one structure on this semiconductor body.
  • the circuit arrangement according to the invention is thereby compact and inexpensive and can also be combined with other circuit arrangements not described, whereby their degree of integration can also be increased.
  • the reference voltage source 1 comprises a reference voltage source 1, which is designed in a known manner as a band gap stabilization and which therefore should not be discussed in more detail.
  • the reference voltage source is connected to a supply voltage connection 2 for supplying a supply voltage and to ground 3 and has a reference voltage connection 4, at which it can supply a constant, temperature-stable voltage.
  • the reference voltage connection 4 is connected to an input 5 of an amplifier arrangement 6, which is preferably designed as an operational amplifier and is also connected to the supply voltage connection 2 and ground 3 for the supply of energy.
  • the amplifier arrangement 6 also has two outputs 7 and 8 and is preferably constructed such that it comprises a differential amplifier stage as an input stage and an output transistor, the main current path of the output transistor being arranged between the outputs 7 and 8 of the amplifier arrangement 6 and an input of the differential amplifier stage is formed by the input 5 of the amplifier arrangement 6, where, however, a second input of the differential amplifier stage is connected to the second output 8 of the amplifier arrangement 6.
  • the amplifier arrangement 6 contains (internal) feedback and preferably has a voltage gain between its input 5 and its second output 8 of at least almost one.
  • the currents in outputs 7 and 8 are at least almost identical.
  • the first and second outputs 7 and 8 of the amplifier arrangement 6 are connected to inputs 9 and 10 of a control stage 11, which is also connected to the supply voltage connection 2 and ground 3 and has a control output 12 which is connected to a control input 13 of a controlled current source 14 is connected.
  • the controlled current source 14 is connected with a current-carrying connection 15 to the supply voltage connection and with a second current-carrying connection 16 for delivering a constant, temperature-stabilized current set up. This constant current can be tapped off at the point indicated by the dashed arrow between the second current-carrying connection 16 and ground 3.
  • the control stage 11 serves to derive the constant current at the current-carrying connection 16 of the controlled current source 14 from the constant voltage supplied by the reference voltage source 1 at the reference voltage connection 4, the amplifier arrangement 6 essentially taking on the function of an impedance converter at its second output 8 said constant voltage can be delivered with low resistance.
  • the control stage 11 comprises a third resistor 17 between its second input 10 and ground 3, through which a second control current flows in accordance with the constant voltage and its resistance value. The temperature dependence of this second control current corresponds to that of the third resistor 17.
  • the first input 9 of the control stage 11 also forms an input of a first current mirror arrangement 18 in the control stage 11.
  • the first current mirror arrangement 18 is also connected to the supply voltage connection 2 and has two outputs 19, 20, at which currents of the same size as the current are emitted at the input 9. Since this in turn corresponds to the second control current in the third resistor 17, this second control current is therefore also output at each of the outputs 19, 20 of the first current mirror arrangement 18.
  • the control stage 11 further comprises a first resistor 21 and a second resistor 22, each of which is arranged in series with a controllable current source 23 or 24 between the supply voltage connection 2 and ground 3.
  • a first tap 25 between the first resistor 21 and the first controllable current source 23 is with a control connection (base) of a first transistor 27,
  • a second tap between the second resistor 22 and the second controllable current source 24 is with a control connection (base) of a second Transistor 28 connected.
  • these transistors 27, 28 are designed as pnp transistors, the collector connections of which are connected to ground 3.
  • the emitter connection of the first transistor 27 is connected via a fourth resistor 29 to the second output 20 of the first current mirror arrangement 18, where, however, there is a direct connection between the emitter connection of the second transistor 28 and the first output 19 of the first current mirror arrangement 18.
  • the outputs 19 and 20 of the first current mirror arrangement 18 are each connected to an input 30, 31 of a comparison arrangement 32, which can preferably be constructed similarly to the amplifier arrangement 6 as an operational amplifier with a differential amplifier stage as an input stage and an output transistor as an output stage, but to achieve one higher gain is preferably not fed back internally.
  • a first control current is passed through the first and the second controllable current source 23, 24 through the first and the second resistor 21 and 22.
  • This first control current which is applied to the resistors 21, 22 accordingly, can be controlled by the comparison arrangement 32.
  • voltages occur at the first and second resistors 21 and 22.
  • the voltage at the first resistor 21 is added to the base-emitter voltage of the first transistor 27 and the voltage generated there by the second control current in the fourth resistor 29 is fed to the first input 30 of the comparison arrangement 32, whereas, however, at the second input 31 of the comparison arrangement 32 the sum of the voltages at the second resistor 22 and at the base-emitter junction of the second transistor 28 is present.
  • the transistors 27, 28 are now due to the voltages across the resistors 21, 22 and the second control current from the outputs 19, 20 controlled first current mirror arrangement 18 such that they assume an operating point in the river region and their base-emitter voltages at least largely match.
  • the comparison arrangement 32 thus compares the sum of the voltages at the fourth resistor 29 and at the first resistor 21 with the voltage at the second resistor 22.
  • the comparison arrangement 32 controls via its output 33 the controllable current sources 23, 24 in the same direction in such a way that the voltages listed above, ie the voltages at the inputs 30 and 31, match.
  • the third resistor 17 and the fourth resistor 29 are flowed through by the second control current.
  • the voltages occurring at them are thus in the same ratio as their resistance values, without the absolute magnitudes of these resistance values being important. Rather, only the ratio of the resistances is decisive here, which can be very stably maintained even with larger variations in the absolute values due to manufacturing tolerances.
  • the voltage across the fourth resistor 29 thus represents a very stable, accurate image of the constant voltage output by the reference voltage source 1; these tensions are in a first predefinable relationship to one another.
  • the comparison arrangement 32 controls the first control current in such a way that the difference between the voltages across the first resistor 21 and the second resistor 22 corresponds to the voltage across the fourth resistor 29, ie a predetermined proportion of the constant voltage from the reference voltage source 1.
  • the constant current emitted by the controlled current source 14 (at the second current-carrying connection 16) - controlled via the control output 12 of the control stage 11 - is in a fixed (second) relationship to the first control current.
  • the constant current to be supplied at the second current-carrying connection 16 is a function of the current ratio of the first Control current of the controllable current sources 23, 24 to the current of the controlled current source 14, the resistance ratio between the fourth resistor 29 and the third resistor 17, the constant voltage of the reference voltage source 1 and the difference in the resistance values of the first and second resistors 21 and 22. If the difference between the resistance values of the first and the second resistors 21 and 22 is now designed to be temperature-independent, the result is an overall temperature-independent constant current, which is also not influenced by manufacturing tolerances.
  • the invention makes use of the knowledge that an ohmic resistance (polysilicon resistance) formed from polycrystalline silicon can be changed in its absolute resistance value from an initial value by applying a defined current surge such that a lower absolute resistance value arises, but the absolute change in resistance with temperature at this resistance remains the same before and after the impulse is applied.
  • the resistance value of such a polysilicon resistor changes before and after the application of the current surge, which is also referred to as “programming”, by the same absolute resistance value difference, regardless of the absolute resistance value.
  • At least the first or the second resistor 21 or 22, but preferably the first resistor 21, is trimmable, that is to say programmable.
  • This trimming or programming can preferably be carried out of two resistors 21, 22 with the same resistance value corresponding temperature dependency, a resistor, preferably the first resistor 21, can be reduced in absolute value by a defined amount without the temperature dependency, ie the absolute change in the resistance value with temperature, changing.
  • at least the resistor to be trimmed (the first resistor 21) must be designed as a trimmable, ie programmable, polysilicon resistor; but preferably the first and second resistors 21 and 22 are identical.
  • the second resistor 22 can then also be trimmed, so that one more degree of freedom is created for the adjustment of the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a somewhat more detailed illustration of the current sources 14, 23, 24 and the comparison arrangement 32 compared to FIG. 1.
  • the current sources 23, 24 and 14 each comprise a pnp transistor, the emitter connections of which are connected via an emitter resistor to the Supply voltage connection 2 and its base connections, which form the corresponding control inputs 13, 34 and 35, are connected together to the output 33 of the comparison arrangement 32.
  • the collector connection of the transistor of the first controllable current source 23 is connected to the first tap 25
  • the collector connection of the transistor of the second controllable current source 24 is connected to the second tap 26 and the collector connection of the transistor of the controlled current source 14 forms its second current-carrying connection 16.
  • the arrangement The transistors of the current sources 14, 23, 24 together form a second current mirror arrangement.
  • the comparison arrangement 32 comprises an emitter-coupled differential amplifier stage, which is fed by a current source 36 and comprises two transistors 37, 38, the base connection of the (third) transistor 37 forming the first input and the base connection of the (fourth) transistor 38 forming the second input 31 of the comparison arrangement 32.
  • the collector connections of the transistors 37, 38 are via a current mirror arrangement comprising two pnp transistors 39, 40 and two emitter resistors 41, 42, which are connected to the supply voltage connection 2, connected to one another; the collector connection of the (third) transistor 37 is connected not only to the associated connection of the third current mirror arrangement 39, 40, 41, 42, but also to the base connection of a pnp output transistor 43 connected to ground on the collector side, the emitter connection of which forms the output 33 of the comparison arrangement 32.
  • the circuit arrangements according to FIGS. 1 and 2 have taps 25, 26 which are led out separately.
  • the current surges for trimming the first and second resistors 21 and 22 can optionally be fed in via these.

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Abstract

The circuit has a reference voltage source (1) for producing a constant voltage. A current source (14) controlled by the reference voltage source via an amplifier (6) produces a constant current. A control stage (11) contains first and second resistances (21,22) of which at least one is a trimmable resistance. The two resistances carry a first control current which is controllable so that the difference between the potential drops across the two resistances has a certain definable relationship to the constant voltage of the reference voltage source. The controlled current source is coupled to the control stage so that the constant current delivered by the current source has a second definable relationship to the first control current.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Liefern eines konstanten Stromes mit

  • einer Referenzspannungsquelle zum Liefern einer konstanten Spannung
  • und einer von der Referenzspannungsquelle über eine Verstärkeranordnung gesteuerten Stromquelle, von der der konstante Strom abgebbar ist.
The invention relates to a circuit arrangement for supplying a constant current
  • a reference voltage source for supplying a constant voltage
  • and a current source controlled by the reference voltage source via an amplifier arrangement, from which the constant current can be output.

Aus dem Aufsatz "Stromstabilisierung in bipolar integrierten Schaltungen'' von Dr. Rolf Boehme, veröffentlicht in "Elektronik", Heft 5, 4.3.1988, Seiten 129 bis 133, sind Schaltungen zur Stromstabilisierung bekannt, bei denen stabile Ströme von einer Referenzspannungsquelle abgeleitet werden sollen. Als Referenzspannungsquelle wird dabei eine Bandgap-Stabilisierung verwendet, an die - vorzugsweise über einen Operationsverstärker - ein Widerstand hoher Genauigkeit angeschlossen ist. Durch diesen Widerstand fließt dann ein stabilisierter Strom. In diesem Aufsatz wird jedoch angegeben, daß die Widerstände sehr genau ausgeführt sein müssen, um geringe Fehler bei der Stromstabilisierung zu erreichen. Es zeigt sich, daß bereits geringe Widerstandsänderungen, beispielsweise durch Temperaturänderungen, zu unverhältnismäßig hohen Veränderungen des Temperaturgangs der stabilisierten Ströme führen. Daher sind mit einer einfachen, bipolaren Integration ohne Abgleichprozedur die angestrebten Stabilitäten nicht erreichbar. Ein zweiter, negativer Aspe kt bei einer bipolaren Integration ist die große Streuung der Widerstandswerte von 10 bis 20%, wie sie bei Diffusion oder Implantation integrierter Widerstände auftritt. Das bedeutet, daß die erzeugten, stabilisierten Ströme einen entsprechenden Streubereich haben. Die volle Ausschöpfung der möglichen Genauigkeit macht deshalb eine Hybrid-Technik erforderlich, bei der eine integrierter Transistorschaltung mit einem oder mehreren externen Widerstanden beschaltet werden muß. Derartige Aufbauten sind in der Herstellung und im Abgleich für viele Anwendungen zu kost spielig.Current stabilization circuits in which stable currents are derived from a reference voltage source are known from the article "Current Stabilization in Bipolar Integrated Circuits" by Dr. Rolf Boehme, published in "Electronics", Issue 5, 4.3.1988, pages 129 to 133 A bandgap stabilization is used as the reference voltage source, to which a high-precision resistor is connected, preferably via an operational amplifier, through which a stabilized current then flows. However, this article states that the resistors are very precise It must be shown that even small changes in resistance, for example due to changes in temperature, lead to disproportionately high changes in the temperature response of the stabilized currents. Therefore, with a simple, bipolar integration without adjustment procedure, the a The desired stabilities cannot be achieved. A second, negative aspect of bipolar integration is the large scatter of the resistance values from 10 to 20%, as occurs with diffusion or implantation of integrated resistors. This means that the generated, stabilized currents have a corresponding spreading range. The full exploitation of the possible accuracy therefore requires a hybrid technology in which an integrated transistor circuit must be connected to one or more external resistors. Such Superstructures are too costly to manufacture and adjust for many applications.

Aus der DE-PS 36 10 158 ist eine Referenzstromquelle bekannt, die auf dem Prinzip der Bandgap-Spannungsstabilisierung aufbaut. Ausgegangen wird dabei von temperaturabhängigen Strömen in zwei die Bandgap-Stabilisierung bildenden Transistoren, denen Widerstände mit umgekehrter Temperaturkennlinie parallel geschaltet werden. Durch eine sorgfältige Dimensionierung dieser Temperaturkennlinien soll dann eine Kompensation des Temperaturgangs des Stromes durch die die Bandgap-Stabilisierung bildenden Transistoren erreicht werden. Dabei sollen die den Transistoren parallel zu schaltenden Widerstände einen mit zunehmender Temperatur abnehmenden Strom führen. Bei einer Integration einer derartigen Schaltungsanordnung auf einem Halbleiterkörper ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß im Halbleitermaterial integrierte Widerstände einen mit steigender Temperatur zunehmenden Widerstandswert aufweisen und damit einen abnehmenden Strom führen.From DE-PS 36 10 158 a reference current source is known which is based on the principle of band gap voltage stabilization. The starting point here is temperature-dependent currents in two transistors forming the bandgap stabilization, to which resistors with an inverse temperature characteristic are connected in parallel. By carefully dimensioning these temperature characteristics, the temperature response of the current should then be compensated for by the transistors forming the bandgap stabilization. The resistors to be connected in parallel with the transistors should carry a current that decreases with increasing temperature. When such a circuit arrangement is integrated on a semiconductor body, however, the difficulty arises that resistors integrated in the semiconductor material have a resistance value that increases with increasing temperature and thus carry a decreasing current.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die einen konstanten, temperaturstabilen Strom liefert und vollständig auf einem Halbleiterkörper integrierbar ist.The invention has for its object to provide a circuit arrangement which delivers a constant, temperature-stable current and can be fully integrated on a semiconductor body.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst durch

  • eine Steuerstufe mit einem ersten und einem zweiten Widerstand, von denen wenigstens einer trimmbar ausgeführt ist,
  • wobei der erste und der zweite Widerstand von der Steuerstufe mit einem ersten Steuerstrom beaufschlagbar sind, der derart steuerbar ist, daß die Differenz der an den Widerständen auftretenden Spannungen in einem ersten vorgebbaren Verhältnis zu der konstanten Spannung der Referenzspannungsquelle steht,
  • und wobei die gesteuerte Stromquelle mit der Steuerstufe derart gekoppelt ist, daß der von der Stromquelle abgebbare konstante Strom in einem zweiten vorgebbaren Verhältnis zu dem ersten Steuerstrom steht.
This object is achieved by a circuit arrangement of the type mentioned by
  • a control stage with a first and a second resistor, at least one of which is trimmable,
  • wherein the first and the second resistor can be acted upon by the control stage with a first control current which can be controlled in such a way that the difference between the voltages occurring at the resistors is in a first predefinable ratio to the constant voltage of the reference voltage source,
  • and wherein the controlled current source is coupled to the control stage in such a way that the constant current that can be emitted by the current source is in a second predeterminable ratio to the first control current.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der zu liefernde, konstante Strom ausschließlich durch vorzugebende Stromverhältnisse bzw. Widerstandsverhältnisse bestimmt, die mit herkömmlichen Halbleiter-Integrationstechniken sehr einfach und genau hergestellt werden können, wobei die Absolutwerte der ins Verhältnis gesetzten Ströme bzw. Widerstände zumindest in weiten, fertigungstechnisch leicht einzuhaltenden Grenzen unbeachtlich sind. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist somit in der Lage, bei niedrigen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zu liefernden, konstanten Stromes zu erfüllen. Als Grundlage dient dabei eine Referenzspannungsquelle, wie sie auch im Stand der Technik ("Bandgap") verwendet wird. Ein mit großer Genauigkeit reproduzierbarer Anteil der von der Referenzspannungsquelle abgegebenen, konstanten Spannung wird als Maß genommen, auf das die Differenz der an den beiden Widerständen auftretenden Spannungen eingestellt wird. Zum Einstellen wird dazu der beide Widerstände durchfließende, erste Steuerstrom geregelt. Dieser erste Steuerstrom wiederum steht im festen vorgebbaren Verhältnis zu dem zu liefernden konstanten Strom. Als zusätzliche Einstellmöglichkeit dient dabei die Trimmbarkeit wenigstens eines der beiden genannten Widerstände.In the circuit arrangement according to the invention, the constant current to be supplied is determined exclusively by predetermined current ratios or resistance ratios, which can be produced very easily and precisely using conventional semiconductor integration techniques, the absolute values of the currents or resistors used in the ratio being at least largely in terms of production technology limits that are easy to comply with are irrelevant. The circuit arrangement according to the invention is thus able to meet high requirements for the accuracy of the constant current to be supplied with low demands on the manufacturing accuracy. A reference voltage source, as is also used in the prior art (“band gap”), serves as the basis. A portion of the constant voltage output by the reference voltage source that can be reproduced with great accuracy is taken as a measure to which the difference between the voltages occurring at the two resistors is set. For this purpose, the first control current flowing through both resistors is regulated. This first control current in turn has a fixed, predeterminable ratio to the constant current to be supplied. The trimmability of at least one of the two resistors mentioned serves as an additional setting option.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann daher in sehr einfacher Weise ein sehr konstanter Strom eingestellt werden, der ohne besondere Vorkehrungen zum Abgleich oder zur Kompensation gegenläufiger Kennlinien stabil ist. Da der zu liefernde, konstante Strom in seiner Temperaturabhängigkeit lediglich durch die konstante Spannung der Referenzspannungsquelle, die Differenz der an dem ersten und dem zweiten Widerstand auftretenden Spannungen sowie durch ein Spannungsverhältnis und ein Stromverhältnis bestimmt wird, und da ferner die konstante Spannung sowie die genannten Verhältnisse temperaturunabhängig sind, kann eine Temperaturabhängigkeit nur noch durch die genannte Spannungsdifferenz auftreten. Diese Spannungsdifferenz läßt sich jedoch bei vorgegebenen erstem Steuerstrom auf eine Differenz der Widerstandswerte zurückführen, die ebenfalls von der Temperatur unabhängig ausgeführt werden kann.With the circuit arrangement according to the invention, a very constant current can therefore be set in a very simple manner, which current is stable without special measures for the adjustment or for the compensation of opposing characteristic curves. Since the constant current to be supplied is determined in terms of its temperature dependence only by the constant voltage of the reference voltage source, the difference between the voltages occurring at the first and the second resistor, and by a voltage ratio and a current ratio, and furthermore the constant voltage and the ratios mentioned are temperature independent, can be a temperature dependency only occur due to the voltage difference mentioned. This voltage difference can, however, be traced back to a difference in the resistance values for a predetermined first control current, which difference can also be carried out independently of the temperature.

Dazu ist in einer Fortbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung von dem ersten und dem zweiten Widerstand vorzugsweise wenigstens der trimmbare dieser beiden Widerstände mit polykristallinem Silizium, d.h. als sogenannter Polysilizium-Widerstand, ausgebildet. Derartige Widerstände lassen sich als Schichten auf Halbleiterkörpern mit integrierten Schaltungsanordnungen sehr einfach und kostengünstig aufbringen. Wie im Aufsatz von Kato u.a.: "A Physical Mechanism .. ", IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED-29, Heft 8, August 1982, Seiten 1156 bis 1161, dargestellt ist, lassen sich derartige Widerstände durch Aufprägen vorgegebener Ströme auf bestimmte Widerstandswerte trimmen. Bei dieser Trimmung wird jedoch nur der Widerstandswert bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur verändert, nicht jedoch die absolute Änderung des Widerstandswertes mit der Temperatur. Mit anderen Worten ändert sich der Temperaturkoeffizient des getrimmten Polysilizium-Widerstands in der Weise, daß eine Widerstandsdifferenz zweier derartiger Widerstände mit übereinstimmenden geometrischen Abmessungen von der Temperatur unabhängig wird. Werden nun in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als erster und als zweiter Widerstand derartige Polysilizium-Widerstände identischer Abmessungen verwendet, kann durch sie eine einstellbare (trimmbare), temperaturunabhängige Differenz zweier Widerstandswerte vorgegeben werden, durch die der zu liefernde, konstante Strom in einfacher Weise temperaturunabhängig wird.For this purpose, in a further development of the circuit arrangement according to the invention, at least the trimmable of these two resistors is preferably trimmed with polycrystalline silicon, i.e. formed as a so-called polysilicon resistor. Such resistors can be applied as layers on semiconductor bodies with integrated circuit arrangements very easily and inexpensively. As shown in the essay by Kato and others: "A Physical Mechanism ..", IEEE Transactions on Electron Devices, Volume ED-29, Issue 8, August 1982, pages 1156 to 1161, such resistances can be determined by applying predetermined currents to certain currents Trim resistance values. With this trimming, however, only the resistance value at a given reference temperature is changed, but not the absolute change of the resistance value with temperature. In other words, the temperature coefficient of the trimmed polysilicon resistor changes in such a way that a resistance difference between two such resistors with matching geometric dimensions becomes independent of the temperature. If polysilicon resistors of identical dimensions are now used as the first and second resistors in the circuit arrangement according to the invention, they can be used to specify an adjustable (trimmable), temperature-independent difference between two resistance values, by means of which the constant current to be supplied becomes temperature-independent in a simple manner.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfaßt die Steuerstufe weiterhin

  • einen dritten Widerstand, dem über die Verstärkeranordnung die konstante Spannung zuleitbar ist und in dem durch diese ein zweiter Steuerstrom erzeugbar ist,
  • eine (erste) Stromspiegelanordnung, durch die der zweite Steuerstrom einem vierten Widerstand zuleitbar ist, und
  • eine Vergleichsanordnung, durch die die Summe der Spannungen am vierten und am ersten Widerstand mit der Spannung am zweiten Widerstand verglichen werden kann und durch die der erste Steuerstrom derart gesteuert wird, daß die genannten verglichenen Spannungen übeinstimmen.
In a preferred development of the circuit arrangement according to the invention, the control stage further comprises
  • a third resistor, to which the constant voltage can be fed via the amplifier arrangement and in which a second control current can be generated,
  • a (first) current mirror arrangement through which the second control current can be fed to a fourth resistor, and
  • a comparison arrangement by means of which the sum of the voltages at the fourth and the first resistor can be compared with the voltage at the second resistor and by which the first control current is controlled in such a way that the said compared voltages match.

Diese Ausbildung der Steuerstufe stellt eine bevorzugte, einfache Möglichkeit dar, mit geringem Schaltungsaufwand und verhältnismäßig geringen Anforderungen an Fertigungstoleranzen die geforderte, hohe Genauigkeit bzw. Konstanz des zu liefernden Stromes einzuhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß - wie bereits vorstehend erläutert - Strom - bzw. Widerstandsverhältnisse zur Bildung der Steuerströme bzw. Spannungen herangezogen werden, die nicht oder nur unbedeutend von Fertigungsstreuungen hängen.This design of the control stage represents a preferred, simple possibility of maintaining the required high accuracy or constancy of the current to be supplied with little circuit complexity and relatively low demands on manufacturing tolerances. This is achieved in that - as already explained above - current or resistance relationships are used to form the control currents or voltages which do not depend, or only insignificantly, on production variations.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann demzufolge vorteilhaft vollständig auf einem Halbleiterkörper integriert werden, d.h. sämtliche Schaltungselemente der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in einem Aufbau auf diesem Halbleiterkörper zusammengefaßt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird dadurch kompakt und preiswert und kann auch mit weiteren nicht beschriebenen Schaltungsanordnungen zusammengefaßt werden, wodurch auch deren Integrationsgrad erhöht werden kann.The circuit arrangement according to the invention can therefore advantageously be completely integrated on a semiconductor body, i.e. all circuit elements of the circuit arrangement according to the invention are combined in one structure on this semiconductor body. The circuit arrangement according to the invention is thereby compact and inexpensive and can also be combined with other circuit arrangements not described, whereby their degree of integration can also be increased.

Die Zeichnung, in der übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind, zeigt in

  • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und in
  • Fig. 2 eine teilweise detailliertere Darstellung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
The drawing, in which corresponding elements are provided with the same reference symbols, shows in
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention and in
  • FIG. 2 shows a partially more detailed illustration of the circuit arrangement according to FIG. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 umfaßt eine Referenzspannungsquelle 1, die in bekannter Weise als Bandgap-Stabilisierung ausgebildet ist und auf die daher nicht näher eingegangen werden soll. Die Referenzspannungsquelle ist mit einem Versorgungsspannungsanschluß 2 zum Zuführen einer Versorgungsspannung und mit Masse 3 verbunden und weist einen Referenzspannungsanschluß 4 auf, an dem von ihr eine konstante, temperaturstabile Spannung geliefert werden kann. Der Referenzspannungsanschluß 4 ist mit einem Eingang 5 einer Verstärkeranordnung 6 verbunden, die vorzugsweise als Operationsverstärker ausgeführt ist und zur Energiezufuhr ebenfalls dem Versorgungsspannungsanschluß 2 und Masse 3 verbunden ist. Die Verstärkeranordnung 6 weist weiterhin zwei Ausgänge 7 bzw. 8 auf und ist bevorzugt derart aufgebaut, daß sie eine Differenzverstärkerstufe als Eingangsstufe sowie einen Ausgangstransistor umfaßt, wobei der Hauptstrompfad des Ausgangstransistors zwischen den Ausgängen 7 und 8 der Verstärkeranordnung 6 angeordnet ist und ein Eingang der Differenzverstärkerstufe durch den Eingang 5 der Verstärkeranordnung 6 gebildet wird, wo hingegen ein zweiter Eingang der Differenzverstärkerstufe mit dem zweiten Ausgang 8 der Verstärkeranordnung 6 verbunden ist. Dadurch enthält die Verstärkeranordnung 6 eine (interne) Rückkopplung und weist bevorzugt eine Spannungsverstärkung zwischen ihrem Eingang 5 und ihrem zweiten Ausgang 8 von wenigstens nahezu eins auf. Außerdem stimmen die Ströme in den Ausgängen 7 und 8 wenigstens nahezu überein.1 comprises a reference voltage source 1, which is designed in a known manner as a band gap stabilization and which therefore should not be discussed in more detail. The reference voltage source is connected to a supply voltage connection 2 for supplying a supply voltage and to ground 3 and has a reference voltage connection 4, at which it can supply a constant, temperature-stable voltage. The reference voltage connection 4 is connected to an input 5 of an amplifier arrangement 6, which is preferably designed as an operational amplifier and is also connected to the supply voltage connection 2 and ground 3 for the supply of energy. The amplifier arrangement 6 also has two outputs 7 and 8 and is preferably constructed such that it comprises a differential amplifier stage as an input stage and an output transistor, the main current path of the output transistor being arranged between the outputs 7 and 8 of the amplifier arrangement 6 and an input of the differential amplifier stage is formed by the input 5 of the amplifier arrangement 6, where, however, a second input of the differential amplifier stage is connected to the second output 8 of the amplifier arrangement 6. As a result, the amplifier arrangement 6 contains (internal) feedback and preferably has a voltage gain between its input 5 and its second output 8 of at least almost one. In addition, the currents in outputs 7 and 8 are at least almost identical.

Der erste und der zweite Ausgang 7 bzw. 8 der Verstärkeranordnung 6 sind mit Eingängen 9 bzw. 10 einer Steuerstufe 11 verbunden, die außerdem mit dem Versorgungsspannungsanschluß 2 und Masse 3 verbunden ist und einen Steuerausgang 12 aufweist, der mit einem Steuereingang 13 einer gesteuerten Stromquelle 14 verbunden ist. Die gesteuerte Stromquelle 14 ist mit einem stromführenden Anschluß 15 an den Versorgungsspannunganschluß geführt und an einem zweiten stromführenden Anschluß 16 zum Abgeben eines konstanten, temperaturstabilisierten Stromes eingerichtet. Dieser konstante Strom kann an der durch den gestrichelten Pfeil gekennzeichneten Stelle zwischen dem zweiten stromführenden Anschluß 16 und Masse 3 abgegriffen werden.The first and second outputs 7 and 8 of the amplifier arrangement 6 are connected to inputs 9 and 10 of a control stage 11, which is also connected to the supply voltage connection 2 and ground 3 and has a control output 12 which is connected to a control input 13 of a controlled current source 14 is connected. The controlled current source 14 is connected with a current-carrying connection 15 to the supply voltage connection and with a second current-carrying connection 16 for delivering a constant, temperature-stabilized current set up. This constant current can be tapped off at the point indicated by the dashed arrow between the second current-carrying connection 16 and ground 3.

Die Steuerstufe 11 dient bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ableiten des konstanten Stromes am stromführenden Anschluß 16 der gesteuerten Stromquelle 14 aus der von der Referenzspannungsquelle 1 am Referenzspannungsanschluß 4 gelieferten konstanten Spannung, wobei die Verstärkeranordnung 6 im wesentlichen die Funktion eines Impedanzwandlers übernimmt, an deren zweitem Ausgang 8 die genannte konstante Spannung niederohmig abgegeben werden kann. Die Steuerstufe 11 umfaßt dazu zwischen ihrem zweiten Eingang 10 und Masse 3 einen dritten Widerstand 17, durch den entsprechend der konstanten Spannung und seinem Widerstandswert ein zweiter Steuerstrom fließt. Die Temperaturabhängigkeit dieses zweiten Steuerstromes entspricht dabei derjenigen des dritten Widerstands 17.In the circuit arrangement according to the invention, the control stage 11 serves to derive the constant current at the current-carrying connection 16 of the controlled current source 14 from the constant voltage supplied by the reference voltage source 1 at the reference voltage connection 4, the amplifier arrangement 6 essentially taking on the function of an impedance converter at its second output 8 said constant voltage can be delivered with low resistance. For this purpose, the control stage 11 comprises a third resistor 17 between its second input 10 and ground 3, through which a second control current flows in accordance with the constant voltage and its resistance value. The temperature dependence of this second control current corresponds to that of the third resistor 17.

Der erste Eingang 9 der Steuerstufe 11 bildet zugleich einen Eingang einer ersten Stromspiegelanordnung 18 in der Steuerstufe 11. Die erste Stromspiegelanordnung 18 ist weiterhin mit dem Versorgungsspannungsanschluß 2 verbunden und weist zwei Ausgänge 19, 20 auf, an denen Ströme derselben Größe abgegeben werden wie der Strom am Eingang 9. Da dieser wiederum dem zweiten Steuerstrom im 3. Widerstand 17 entspricht, wird dieser zweite Steuerstrom somit auch an jedem der Ausgänge 19, 20 der ersten Stromspiegelanordnung 18 abgegeben.The first input 9 of the control stage 11 also forms an input of a first current mirror arrangement 18 in the control stage 11. The first current mirror arrangement 18 is also connected to the supply voltage connection 2 and has two outputs 19, 20, at which currents of the same size as the current are emitted at the input 9. Since this in turn corresponds to the second control current in the third resistor 17, this second control current is therefore also output at each of the outputs 19, 20 of the first current mirror arrangement 18.

Die Steuerstufe 11 umfaßt weiterhin einen ersten Widerstand 21 und einen zweiten Widerstand 22, von denen jeder in Reihe mit einer steuerbaren Stromquelle 23 bzw. 24 zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß 2 und Masse 3 angeordnet ist. Eine erste Anzapfung 25 zwischen dem ersten Widerstand 21 und der ersten steuerbaren Stromquelle 23 ist mit einem Steueranschluß (Basis) eines ersten Transistors 27, eine zweite Anzapfung zwischen dem zweiten Widerstand 22 und der zweiten steuerbaren Stromquelle 24 ist mit einem Steueranschluß (Basis) eines zweiten Transistors 28 verbunden. Im Beispiel nach Fig. 1 sind diese Transistoren 27, 28 als pnp-Transistoren ausgeführt, deren Kollektoranschlüsse mit Masse 3 verbunden sind. Der Emitteranschluß des ersten Transistors 27 ist über einen vierten Widerstand 29 mit dem zweiten Ausgang 20 der ersten Stromspiegelanordnung 18 verbunden, wo hingegen zwischen dem Emitteranschluß des zweiten Transistors 28 und dem ersten Ausgang 19 der ersten Stromspiegelanordnung 18 eine unmittelbare Verbindung besteht. Außerdem sind die Ausgänge 19 bzw. 20 der ersten Stromspiegelanordnung 18 mit je einem Eingang 30, 31 einer Vergleichsanordnung 32 verbunden, die vorzugsweise ähnlich der Verstärkeranordnung 6 als Operationsverstärker mit einer Differenzverstärkerstufe als Eingangsstufe und einem Ausgangstransistor als Ausgangsstufe aufgebaut sein kann, jedoch zum Erzielen einer höheren Verstärkung vorzugsweise nicht intern rückgekoppelt ist. Von dieser Vergleichsanordnung 32 ist über ihren Ausgang 33 eine Steuerverbindung an Steuereingänge 34 bzw. 35 der ersten bzw. zweiten steuerbaren Stromquelle 23 bzw. 24 sowie an den damit verbundenen Steuereingang 13 der gesteuerten Stromquelle 14 geführt. Der Ausgang 33 der Vergleichsanordnung 32 bildet somit den Steuerausgang 12 der Steuerstufe 11.The control stage 11 further comprises a first resistor 21 and a second resistor 22, each of which is arranged in series with a controllable current source 23 or 24 between the supply voltage connection 2 and ground 3. A first tap 25 between the first resistor 21 and the first controllable current source 23 is with a control connection (base) of a first transistor 27, a second tap between the second resistor 22 and the second controllable current source 24 is with a control connection (base) of a second Transistor 28 connected. In the example according to FIG. 1, these transistors 27, 28 are designed as pnp transistors, the collector connections of which are connected to ground 3. The emitter connection of the first transistor 27 is connected via a fourth resistor 29 to the second output 20 of the first current mirror arrangement 18, where, however, there is a direct connection between the emitter connection of the second transistor 28 and the first output 19 of the first current mirror arrangement 18. In addition, the outputs 19 and 20 of the first current mirror arrangement 18 are each connected to an input 30, 31 of a comparison arrangement 32, which can preferably be constructed similarly to the amplifier arrangement 6 as an operational amplifier with a differential amplifier stage as an input stage and an output transistor as an output stage, but to achieve one higher gain is preferably not fed back internally. From this comparison arrangement 32, a control connection is made via its output 33 to control inputs 34 and 35 of the first and second controllable current sources 23 and 24 and to the control input 13 of the controlled current source 14 connected to it. The output 33 of the comparison arrangement 32 thus forms the control output 12 of the control stage 11.

Im Betrieb der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird von der ersten und der zweiten steuerbaren Stromquelle 23,24 übereinstimmend ein erster Steuerstrom durch den ersten und den zweiten Widerstand 21 und 22 geführt. Dieser den Widerständen 21, 22 übereinstimmend beaufschlagte erste Steuerstrom ist durch die Vergleichsanordnung 32 steuerbar. Durch ihn treten an dem ersten und dem zweiten Widerstand 21 und 22 Spannungen auf. Die Spannung am ersten Widerstand 21 wird mit der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors 27 und der durch den zweiten Steuerstrom im vierten Widerstand 29 an diesem hervorgerufenen Spannung addiert dem ersten Eingang 30 der Vergleichsanordnung 32 zugeleitet, wo hingegen am zweiten Eingang 31 der Vergleichsanordnung 32 die Summe der Spannungen am zweiten Widerstand 22 und am Basis-Emitter-Übergang des zweiten Transistors 28 ansteht. Die Transistoren 27, 28 sind nun durch die Spannungen an den Widerständen 21, 22 sowie durch den zweiten Steuerstrom von den Ausgängen 19, 20 der ersten Stromspiegelanordnung 18 derart ausgesteuert, daß sie einen Arbeitspunkt im Flußbereich einnehmen und ihre Basis-Emitter-Spannungen wenigstens weitgehend übereinstimmen. Durch die Vergleichsanordnung 32 wird somit die Summe der Spannungen am vierten Widerstand 29 und am ersten Widerstand 21 mit der Spannung am zweiten Widerstand 22 verglichen. Die Vergleichsanordnung 32 steuert über ihren Ausgang 33 die steuerbaren Stromquellen 23, 24 gleichsinnig in der Weise nach, daß die vorstehend aufgeführten Spannungen, d.h. die Spannungen an den Eingängen 30 und 31, übereinstimmen.In operation of the circuit arrangement according to FIG. 1, a first control current is passed through the first and the second controllable current source 23, 24 through the first and the second resistor 21 and 22. This first control current, which is applied to the resistors 21, 22 accordingly, can be controlled by the comparison arrangement 32. Through it, voltages occur at the first and second resistors 21 and 22. The voltage at the first resistor 21 is added to the base-emitter voltage of the first transistor 27 and the voltage generated there by the second control current in the fourth resistor 29 is fed to the first input 30 of the comparison arrangement 32, whereas, however, at the second input 31 of the comparison arrangement 32 the sum of the voltages at the second resistor 22 and at the base-emitter junction of the second transistor 28 is present. The transistors 27, 28 are now due to the voltages across the resistors 21, 22 and the second control current from the outputs 19, 20 controlled first current mirror arrangement 18 such that they assume an operating point in the river region and their base-emitter voltages at least largely match. The comparison arrangement 32 thus compares the sum of the voltages at the fourth resistor 29 and at the first resistor 21 with the voltage at the second resistor 22. The comparison arrangement 32 controls via its output 33 the controllable current sources 23, 24 in the same direction in such a way that the voltages listed above, ie the voltages at the inputs 30 and 31, match.

Andererseits werden der dritte Widerstand 17 und der vierte Widerstand 29 übereinstimmend vom zweiten Steuerstrom durchflossen. Die an ihnen auftretenden Spannungen stehen damit im selben Verhältnis wie ihre Widerstandswerte, ohne daß die absoluten Größen dieser Widerstandswerte von Bedeutung sind. Vielmehr ist hier lediglich das Verhältnis der Widerstände maßgebend, welches auch bei größeren Streuungen der Absolutwerte durch Fertigungstoleranzen sehr stabil eingehalten werden kann. Somit stellt die Spannung am vierten Widerstand 29 ein sehr stabiles, genaues Abbild der von der Referenzspannungsquelle 1 abgegebenen konstanten Spannung dar; diese Spannungen stehen in einem ersten vorgebbaren Verhältnis zueinander. Die Vergleichsanordnung 32 steuert andererseits den ersten Steuerstrom derart, daß die Differenz der Spannungen am ersten Widerstand 21 und am zweiten Widerstand 22 der Spannung am vierten Widerstand 29 entspricht, d.h. einem vorgegebenen Anteil der konstanten Spannung von der Referenzspannungsquelle 1. Die Differenz der Spannungen am ersten Widerstand 21 und am zweiten Widerstand 22 entspricht jedoch der Differenz der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstands 21 und 22, multipliziert mit dem ersten Steuerstrom durch diese Widerstände. Andererseits steht der von der gesteuerten Stromquelle 14 abgegebene konstante Strom (am zweiten stromführenden Anschluß 16) - gesteuert über den Steuerausgang 12 der Steuerstufe 11 - in einem festen (zweiten) Verhältnis zum ersten Steuerstrom. Damit ergibt sich insgesamt, daß der zu liefernde konstante Strom am zweiten stromführenden Anschluß 16 eine Funktion des Stromverhältnisses des ersten Steuerstromes der steuerbaren Stromquellen 23, 24 zum Strom der gesteuerten Stromquelle 14, des Widerstandsverhältnisses zwischen dem vierten Widerstand 29 und dem dritten Widerstand 17, der konstanten Spannung der Referenzspannungsquelle 1 und der Differenz der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstands 21 und 22 ist. Wird nun die Differenz der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstand 21 und 22 temperaturunabhängig ausgebildet, ergibt sich insgesamt ein temperaturunabhängiger, auch durch Fertigungstoleranzen nicht beeinflußter konstanter Strom.On the other hand, the third resistor 17 and the fourth resistor 29 are flowed through by the second control current. The voltages occurring at them are thus in the same ratio as their resistance values, without the absolute magnitudes of these resistance values being important. Rather, only the ratio of the resistances is decisive here, which can be very stably maintained even with larger variations in the absolute values due to manufacturing tolerances. The voltage across the fourth resistor 29 thus represents a very stable, accurate image of the constant voltage output by the reference voltage source 1; these tensions are in a first predefinable relationship to one another. The comparison arrangement 32, on the other hand, controls the first control current in such a way that the difference between the voltages across the first resistor 21 and the second resistor 22 corresponds to the voltage across the fourth resistor 29, ie a predetermined proportion of the constant voltage from the reference voltage source 1. The difference between the voltages across the first Resistor 21 and second resistor 22, however, corresponds to the difference in the resistance values of first and second resistors 21 and 22, multiplied by the first control current through these resistors. On the other hand, the constant current emitted by the controlled current source 14 (at the second current-carrying connection 16) - controlled via the control output 12 of the control stage 11 - is in a fixed (second) relationship to the first control current. The overall result is that the constant current to be supplied at the second current-carrying connection 16 is a function of the current ratio of the first Control current of the controllable current sources 23, 24 to the current of the controlled current source 14, the resistance ratio between the fourth resistor 29 and the third resistor 17, the constant voltage of the reference voltage source 1 and the difference in the resistance values of the first and second resistors 21 and 22. If the difference between the resistance values of the first and the second resistors 21 and 22 is now designed to be temperature-independent, the result is an overall temperature-independent constant current, which is also not influenced by manufacturing tolerances.

Für die Ausbildung einer temperaturunabhängigen Differenz zweier Widerstandswette macht sich die Erfindung die Erkenntnis zu Nutze, daß ein aus polykristallinem Silizium gebildeter ohmscher Widerstand (Polysilizium-Widerstand) durch Beaufschlagen mit einem definierten Stromstoß in seinem absoluten Widerstandswert ausgehend von einem Anfangswert derart verändert werden kann, daß ein niedrigerer absoluter Widerstandswert entsteht, wobei jedoch die absolute Widerstandsänderung mit der Temperatur bei diesem Widerstand vor und nach der Beaufschlagung mit dem Stromstoß dieselbe bleibt. Bei Temperaturschwankungen ändert sich somit der Widerstandswert eines derartigen Polysilizium-Widerstands vor und nach der Beaufschlagung mit dem Stromstoß, die auch als "Programmierung" bezeichnet wird, um dieselbe absolute Widerstandswert-Differenz, und zwar unabhängig vom absoluten Widerstandswert. Die Differenz der Widerstandswerte zweier derartiger Widerstände, aber auch die Differenz der Widerstandswerte eines programmierten und eines unprogrammierten Widerstands, wird damit temperaturunabhängig. Werden der erste und der zweite 'Widerstand 21, 22 in dieser Weise ausgebildet, erreicht man die gewünschte Temperaturunabhängigkeit des zu liefernden konstanten Stromes.For the formation of a temperature-independent difference between two resistance bets, the invention makes use of the knowledge that an ohmic resistance (polysilicon resistance) formed from polycrystalline silicon can be changed in its absolute resistance value from an initial value by applying a defined current surge such that a lower absolute resistance value arises, but the absolute change in resistance with temperature at this resistance remains the same before and after the impulse is applied. In the event of temperature fluctuations, the resistance value of such a polysilicon resistor changes before and after the application of the current surge, which is also referred to as “programming”, by the same absolute resistance value difference, regardless of the absolute resistance value. The difference in the resistance values of two such resistors, but also the difference in the resistance values of a programmed and an unprogrammed resistor, is therefore temperature-independent. If the first and second resistors 21, 22 are formed in this way, the desired temperature independence of the constant current to be supplied is achieved.

Erfindungsgemäß wird somit wenigstens der erste oder der zweite Widerstand 21 oder 22, bevorzugt aber der erste Widerstand 21, trimmbar, d.h. programmierbar, ausgeführt. Durch dieses Trimmen bzw. Programmieren kann bevorzugt ausgehend von zwei Widerständen 21, 22 mit gleichem Widerstandswert übereinstimmender Temperaturabhängigkeit ein Widerstand, bevorzugt der erste Widerstand 21, in seinem Absolutwert um einen definierten Betrag verringert werden, ohne daß sich die Temperaturabhängigkeit, d.h. die absolute Änderung des Widerstandswertes mit der Temperatur, ändert. Dazu muß wenigstens der zu trimmende Widerstand (der erste Widerstand 21) als trimmbarer, d. h. programmierbarer Polysilizium-Widerstand ausgeführt sein; vorzugsweise sind aber der erste und der zweite Widerstand 21 und 22 identisch ausgebildet. Grundsätzlich kann dann auch der zweite Widerstand 22 getrimmt werden, so daß für den Abgleich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Freiheitsgrad mehr geschaffen wird.According to the invention, at least the first or the second resistor 21 or 22, but preferably the first resistor 21, is trimmable, that is to say programmable. This trimming or programming can preferably be carried out of two resistors 21, 22 with the same resistance value corresponding temperature dependency, a resistor, preferably the first resistor 21, can be reduced in absolute value by a defined amount without the temperature dependency, ie the absolute change in the resistance value with temperature, changing. For this purpose, at least the resistor to be trimmed (the first resistor 21) must be designed as a trimmable, ie programmable, polysilicon resistor; but preferably the first and second resistors 21 and 22 are identical. In principle, the second resistor 22 can then also be trimmed, so that one more degree of freedom is created for the adjustment of the circuit arrangement according to the invention.

Fig. 2 zeigt gegenüber Fig. 1 eine etwas detailliertere Darstellung der Stromquellen 14, 23, 24 sowie der Vergleichsanordnung 32. Die Stromquellen 23, 24 sowie 14 umfassen je einen pnp-Transistor, deren Emitter-Anschlüsse über je einen Emitter-Widerstand mit dem Versorgungsspannungsanschluß 2 und deren Basisanschlüsse, die die entsprechenden Steuereingänge 13, 34 bzw. 35 bilden, gemeinsam mit dem Ausgang 33 der Vergleichsanordnung 32 verbunden sind. Der Kollektoranschluß des Transistors der ersten steuerbaren Stromquelle 23 ist mit der ersten Anzapfung 25, der Kollektoranschluß des Transistors der zweiten steuerbaren Stromquelle 24 ist mit der zweiten Anzapfung 26 verbunden und der Kollektoranschluß des Transistors der gesteuerten Stromquelle 14 bildet deren zweiten stromführenden Anschluß 16. Die Anordnung der Transistoren der Stromquellen 14, 23, 24 bilden zusammen eine zweite Stromspiegelanordnung.FIG. 2 shows a somewhat more detailed illustration of the current sources 14, 23, 24 and the comparison arrangement 32 compared to FIG. 1. The current sources 23, 24 and 14 each comprise a pnp transistor, the emitter connections of which are connected via an emitter resistor to the Supply voltage connection 2 and its base connections, which form the corresponding control inputs 13, 34 and 35, are connected together to the output 33 of the comparison arrangement 32. The collector connection of the transistor of the first controllable current source 23 is connected to the first tap 25, the collector connection of the transistor of the second controllable current source 24 is connected to the second tap 26 and the collector connection of the transistor of the controlled current source 14 forms its second current-carrying connection 16. The arrangement The transistors of the current sources 14, 23, 24 together form a second current mirror arrangement.

Die Vergleichsanordnung 32 umfaßt eine von einer Stromquelle 36 gespeiste, emittergekoppelte Differenzverstärkerstufe aus zwei Transistoren 37,38, wobei der Basisanschluß des (dritten) Transistors 37 den ersten Eingang und der Basisanschluß des (vierten) Transistors 38 den zweiten Eingang 31 der Vergleichsanordnung 32 bildet. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 37,38 sind über eine Stromspiegelanordnung aus zwei pnp-Transistoren 39,40 und zwei Emitter-Widerständen 41,42, die mit dem Versorgungsspannungsanschluß 2 verbunden sind, miteinander verbunden; der Kollektoranschluß des (dritten) Transistors 37 ist außer mit dem zugehörigen Anschluß der dritten Stromspiegelanordnung 39,40,41,42 auch mit dem Basisanschluß eines kollektorseitig gegen Masse 3 geschalteten pnp-Ausgangstransistors 43 verbunden, dessen Emitteranschluß den Ausgang 33 der Vergleichsanordnung 32 bildet.The comparison arrangement 32 comprises an emitter-coupled differential amplifier stage, which is fed by a current source 36 and comprises two transistors 37, 38, the base connection of the (third) transistor 37 forming the first input and the base connection of the (fourth) transistor 38 forming the second input 31 of the comparison arrangement 32. The collector connections of the transistors 37, 38 are via a current mirror arrangement comprising two pnp transistors 39, 40 and two emitter resistors 41, 42, which are connected to the supply voltage connection 2, connected to one another; the collector connection of the (third) transistor 37 is connected not only to the associated connection of the third current mirror arrangement 39, 40, 41, 42, but also to the base connection of a pnp output transistor 43 connected to ground on the collector side, the emitter connection of which forms the output 33 of the comparison arrangement 32.

Den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 sind gesondert herausgeführte Anzapfungen 25,26 gemeinsam. Über diese können wahlweise die genannten Stromstöße zur Trimmung des ersten bzw. des zweiten Widerstands 21 bzw. 22 eingespeist werden.The circuit arrangements according to FIGS. 1 and 2 have taps 25, 26 which are led out separately. The current surges for trimming the first and second resistors 21 and 22 can optionally be fed in via these.

Claims (4)

Schaltungsanordnung zum Liefern eines konstanten Stromes mit - einer Referenzspannungsquelle zum Liefern einer konstanten Spannung - und einer von der Referenzspannungsquelle über eine Verstärkeranordnung gesteuerten Stromquelle, von der der konstante Strom abgebbar ist, gekennzeichnet durch, - eine Steuerstufe mit einem ersten und einem zweiten Widerstand, von denen wenigstens einer trimmbar ausgeführt ist, - wobei der erste und der zweite Widerstand von der Steuerstufe mit einem ersten Steuerstrom beaufschlagbar sind, der derart steuerbar ist, daß die Differenz der an den Widerständen auftretenden Spannungen in einem ersten vorgebbaren Verhältnis zu der konstanten Spannung der Referenzspannungsquelle steht, - und wobei die gesteuerte Stromquelle mit der Steuerstufe derart gekoppelt ist, daß der von der Stromquelle abgebbare konstante Strom in einem zweiten vorgebbaren Verhältnis zu dem ersten Steuerstrom steht. Circuit arrangement for supplying a constant current a reference voltage source for supplying a constant voltage and a current source controlled by the reference voltage source via an amplifier arrangement, from which the constant current can be delivered, marked by, a control stage with a first and a second resistor, at least one of which is trimmable, the first and the second resistor can be acted upon by the control stage with a first control current, which is controllable in such a way that the difference between the voltages occurring at the resistors is in a first predefinable ratio to the constant voltage of the reference voltage source, - And wherein the controlled current source is coupled to the control stage such that the constant current that can be emitted by the current source is in a second predeterminable ratio to the first control current. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß von dem ersten und dem zweiten Widerstand wenigstens der trimmbare mit polykristallinem Silizium (Polysilizium-Widerstand) ausgebildet ist.Circuit arrangement according to claim 1,
characterized in that of the first and the second resistor at least the trimmable with polycrystalline silicon (polysilicon resistor) is formed. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe weiterhin umfaßt: - einen dritten Widerstand, dem über die Verstärkeranordnung die konstante Spannung zuleitbar ist und in dem durch diese ein zweiter Steuerstrom erzeugbar ist, - eine (erste) Stromspiegelanordnung, durch die der zweite Steuerstrom einem vierten Widerstand zuleitbar ist, und - eine Vergleichsanordnung, durch die die Summe der Spannungen am vierten und am ersten Widerstand mit der Spannung am zweiten Widerstand verglichen werden kann und durch die der erste Steuerstrom derart gesteuert wird, daß die genannten verglichenen Spannungen übeinstimmen. Circuit arrangement according to claim 1 or 2,
characterized in that the control stage further comprises: a third resistor, to which the constant voltage can be fed via the amplifier arrangement and in which a second control current can be generated, a (first) current mirror arrangement through which the second control current can be fed to a fourth resistor, and a comparison arrangement by means of which the sum of the voltages at the fourth and the first resistor can be compared with the voltage at the second resistor and by which the first control current is controlled in such a way that the said compared voltages match. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen vollständig auf einem Halbleiterkörper zusammengefaßten Aufbau.Circuit arrangement according to one of the preceding claims,
characterized by a structure completely combined on a semiconductor body.
EP96202306A 1995-08-22 1996-08-16 Circuit arrangement for delivering a constant current Withdrawn EP0759588A3 (en)

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