EP0806719A2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Referenz-potentials - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Referenz-potentials Download PDF

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EP0806719A2
EP0806719A2 EP97106833A EP97106833A EP0806719A2 EP 0806719 A2 EP0806719 A2 EP 0806719A2 EP 97106833 A EP97106833 A EP 97106833A EP 97106833 A EP97106833 A EP 97106833A EP 0806719 A2 EP0806719 A2 EP 0806719A2
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    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
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    • G05F3/30—Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for generating a reference potential with a first transistor, whose emitter is connected to a reference potential and whose base and collector are connected to one another, with a second transistor, the base of which is connected to the base of the first transistor, with a first resistor , which is connected between the collector of the first transistor and an output terminal for tapping the reference potential, with a second resistor, which is connected between the collector of the second transistor and the output terminal, with a third resistor, which is connected between the emitter of the second transistor and the Reference potential is connected to a third transistor, the base of which is connected to the collector of the second transistor and the emitter of which is connected to the reference potential, and a controlled current source which is connected between a supply potential and the output terminal and which e is coupled on the input side to the collector of the third transistor.
  • bandgap reference Such a circuit arrangement, also referred to as bandgap reference, is for example from Paul R. Gray, Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, Second Edition, John Wiley and Sons, 1984, pp. 293-296 and EP 0 411 657 A1 and is often used as an internal reference voltage source in integrated circuits.
  • a frequency-compensated bandgap reference is also described in GB 2 256 949 A.
  • Switching off should take place as quickly as possible in order to effectively reduce the current consumption and thus the power loss.
  • the switch-on time should also be kept as short as possible in order to bring the circuit into working condition within a very short time.
  • Another important criterion of circuit arrangements for generating a reference potential is the noise behavior. This can be favorably influenced by band-limiting capacitors, which filter the noise at high frequencies. However, these measures increase the on and off times of the respective circuit.
  • the object of the invention is to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the outset which, despite good noise behavior, has short switch-on and switch-off times.
  • a capacitance is connected in parallel with the second resistor.
  • the fourth transistor operated as an emitter follower can deliver more current and thereby shortens the switch-on time.
  • the second resistor lying parallel to the capacitance helps to shorten the switch-off time. Stability and noise behavior remain practically unchanged. Finally, the operating voltage suppression at high frequencies is improved.
  • the controlled current source has a fourth transistor, the collector of which is connected to the supply potential, the emitter of which is connected to the output terminal and the base of which is connected to the collector of the third transistor. Another current source is connected between the base and collector of the fourth transistor.
  • the further current source can have a fifth transistor, the base of which is connected to the output terminal and the emitter of which is connected to the reference potential with the interposition of a fourth resistor. Furthermore, there is a sixth transistor, the emitter of which is connected to the supply potential with the interposition of a fifth resistor, the collector of which is connected to the base of the fourth transistor and the base of which is coupled to the collector of the fifth transistor, and a seventh transistor whose base and Collector are coupled to each other and to the collector of the fifth transistor and the emitter is connected to the supply potential with the interposition of a sixth resistor.
  • an eighth resistor is connected in series to the further current source in the collector line of the sixth transistor.
  • the noise of the further current source has an influence on the noise behavior of the entire circuit arrangement, particularly at high frequencies. This is particularly troublesome when pnp transistors are used in the further current source, since these are far removed from an ideal transistor in terms of noise and the size of the parasitic capacitances.
  • the inserted eighth resistor insulates especially at high ones Frequencies is the non-ideal working other current source and thus improves the noise behavior and the output resistance.
  • the stability is improved, since the effective capacitance at the output of the further current source no longer influences the phase reserve of the entire circuit arrangement to such an extent.
  • the insertion of a series resistor is particularly recommended when implementing the sixth and seventh transistor as pnp transistors at a current output of the circuit arrangement.
  • an npn transistor T1 is provided, the emitter of which is connected to a reference potential M and whose base and collector are both connected to one another and are coupled via a common resistor R1 to an output terminal U carrying a reference potential.
  • the base of an npn transistor T2 is connected to the base and collector of the transistor T1, the emitter of which is coupled to the reference potential M via a resistor R3 and the collector of which is coupled to the output terminal U via a resistor R2.
  • the emitter of an npn transistor T4 is also connected to the output terminal U.
  • the base of the transistor T4 is connected to the collector of an npn transistor T3, the emitter of which is connected to the reference potential M and the base of which is connected to the collector of the transistor T2.
  • a capacitor C1 is connected in parallel with the resistor R2.
  • the base of transistor T4 is also connected to supply potential V via a resistor R8 and a current source circuit.
  • the current source circuit has a pnp transistor T6, the emitter of which is connected via a resistor R5 to the supply potential V and the collector of which is connected via resistor R8 to the base of the transistor T4 and the collector of the transistor T3.
  • the base of the transistor T6 is connected to the base and collector of a pnp transistor T7, the emitter of which is coupled to the supply potential V via a resistor R6.
  • the base and collector of the transistor T7 and the base of the transistor T6 are also connected to the collector of an npn transistor T5, the emitter of which is connected to the reference potential M via a resistor R4 and the base of which is connected to the output terminal U.
  • an output connection I can also be provided which carries a reference current.
  • the output terminal I is connected to the collector of a pnp transistor T8, the emitter of which is connected to the supply potential V via a resistor R7 and the base of which is connected to the bases of the transistors T6 and T7.
  • the dimensioning of the capacitor C1 depends on the respective application, whereby the noise behavior becomes higher with higher capacitances and the switch-on behavior with lower capacitances.
  • the resistor R8 is chosen as large as possible in order to ensure the highest possible insulation.

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Referenzpotentials mit einem ersten Transistor (T1), dessen Emitter mit einem Bezugspotential (M) verbunden ist und dessen Basis und Kollektor miteinander verschaltet sind, mit einem zweiten Transistor (T2), dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors (T1) verbunden ist, mit einem ersten Widerstand (R1), der zwischen den Kollektor des ersten Transistors (T1) und einem Ausgangsanschluß (U) zum Abgreifen des Referenzpotentials geschaltet ist, mit einem zweiten Widerstand (R2), der zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (T2) und den Ausgangsanschluß (U) geschaltet ist, mit einem dritten Widerstand (R3), der zwischen den Emitter des zweiten Transistors (T2) und das Bezugspotential (M) geschaltet ist, mit einem dritten Transistor (T3), dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) und dessen Emitter mit dem Bezugspotential (M) verbunden ist, und mit einer gesteuerten Stromquelle (T3, T4), die zwischen ein Versorgungspotential (V) und den Ausgangsanschluß (U) geschaltet ist und die eingangsseitig mit dem Kollektor des dritten Transistors (T3) gekoppelt ist und mit einer Kapazität (C1), die dem zweiten Widerstand (R2) parallel geschaltet ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Referenzpotentials mit einem ersten Transistor, dessen Emitter mit einem Bezugspotential verbunden ist und dessen Basis und Kollektor miteinander verschaltet sind, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, mit einem ersten Widerstand, der zwischen den Kollektor des ersten Transistors und einem Ausgangsanschluß zum Abgreifen des Referenzpotentials geschaltet ist, mit einem zweiten Widerstand, der zwischen den Kollektor des zweiten Transistors und den Ausgangsanschluß geschaltet ist, mit einem dritten Widerstand, der zwischen den Emitter des zweiten Transistors und das Bezugspotentials geschaltet ist, mit einem dritten Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors und dessen Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist, und mit einer gesteuerten Stromquelle, die zwischen ein Versorgungspotential und den Ausgangsanschluß geschaltet ist und die eingangsseitig mit dem Kollektor des dritten Transistors gekoppelt ist.
  • Eine derartige, auch Bandgap-Referenz bezeichnete Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus Paul R. Gray, Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, Second Edition, John Wiley and Sons, 1984, S.293-296 und der EP 0 411 657 A1 bekannt und wird häufig bei integrierten Schaltkreisen als interne Referenzspannungsquelle verwendet. Eine frequenzkompensierte Bandgap-Referenz ist zudem in der GB 2 256 949 A beschrieben.
  • In Zukunft wird es bei integrierten Schaltkreisen zunehmend wichtiger, daß die Schaltkreise sich zum Zwecke der Stromersparnis über einen externen Anschluß ein- und ausschalten lassen. Das Ausschalten sollte dabei möglichst schnell erfolgen, um effektiv die Stromaufnahme und damit die Verlustleistung senken zu können. Ebenso sollte auch die Einschaltzeit möglichst klein gehalten werden, um den Schaltkreis binnen kürzester Zeit in den Arbeitszustand zu bringen. Ein weiteres wichtiges Kriterium von Schaltungsanordnungen zur Erzeugung eines Referenzpotentials ist das Rauschverhalten. Dies kann durch Kondensatoren zur Bandbegrenzung, die das Rauschen bei hohen Frequenzen wegfiltern, günstig beeinflußt werden. Jedoch steigen durch diese Maßnahmen die Ein- und Ausschaltzeiten des jeweiligen Schaltkreises an.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die trotz guten Rauschverhaltens kurze Ein- und Ausschaltzeiten aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Vorteilhaft ist, daß die günstigen Ein- und Ausschaltzeiten sowie das güngstige Rauschverhalten mit geringstem technischen Aufwand erreicht wird. Zu diesem Zweck wird eine Kapazität dem zweiten Widerstand parallel geschaltet. Gegenüber einer Kapazität, die beispielsweise zwischen Basis und Emitter des dritten Transistors geschaltet ist, kann der als Emitterfolger betriebene vierte Transistor mehr Strom liefern und verkürzt dadurch die Einschaltzeit. Der zur Kapazität parallel liegende zweite Widerstand trägt hingegen zur Verkürzung der Ausschaltzeit bei. Stabilität und Rauschverhalten bleiben dabei praktisch unverändert. Schließlich wird die Betriebsspannungsunterdrückung bei hohen Frequenzen verbessert.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist die gesteuerte Stromquelle einen vierten Transistor auf, dessen Kollektor mit dem Versorgungspotential, dessen Emitter mit dem Ausgangsanschluß und dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist. Zwischen Basis und Kollektor des vierten Transistors ist dabei eine weitere Stromquelle geschaltet.
  • Weiterhin kann die weitere Stromquelle einen fünften Transistor aufweisen, dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß und dessen Emitter unter Zwischenschaltung eines vierten Widerstandes mit dem Bezugspotential verbunden ist. Des weiteren sind ein sechster Transistor, dessen Emitter unter Zwischenschaltung eines fünften Widerstandes mit dem Versorgungspotential verbunden ist, dessen Kollektor mit der Basis des vierten Transistors verschaltet ist und dessen Basis mit dem Kollektor des fünften Transistors gekoppelt ist, sowie ein siebter Transistor, dessen Basis und Kollektor miteinander sowie mit dem Kollektor des fünften Transistors gekoppelt sind und dessen Emitter unter Zwischenschaltung eines sechsten Widerstandes mit dem Versorgungspotential verbunden ist, vorgesehen.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist in die Kollektorleitung des sechsten Transistors in Reihe zur weiteren Stromquelle ein achter Widerstand geschaltet. Dies hat den Vorteil, daß das Rauschen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weiter herabgesetzt wird. Das Rauschen der weiteren Stromquelle hat insbesondere bei hohen Frequenzen einen Einfluß auf das Rauschverhalten der gesamten Schaltungsanordnung. Dies stört vor allem auch dann, wenn bei der weiteren Stromquelle pnp-Transistoren verwendet werden, da diese hinsichtlich des Rauschens und der Größe der parasitären Kapazitäten weit von einem idealen Transistor entfernt sind. Der eingefügte achte Widerstand isoliert insbesondere bei hohen Frequenzen die nicht ideal arbeitende weitere Stromquelle und verbessert so das Rauschverhalten sowie den Ausgangswiderstand. Darüber hinaus wird die Stabilität verbessert, da die effektive Kapazität am Ausgang der weiteren Stromquelle nun nicht mehr in so starkem Maße die Phasenreserve der gesamten Schaltungsanordnung beeinflußt. Das Einfügen eines Serienwiderstandes empfiehlt sich insbesondere bei Realisierung von sechstem und siebtem Transistor als pnp-Transistoren an einem Stromausgang der Schaltungsanordnung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Bei der als Ausführungsbeispiel gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ein npn-Transistor T1 vorgesehen, dessen Emitter mit einem Bezugspotential M verbunden ist und dessen Basis und Kollektor sowohl miteinander verschaltet als auch über einen gemeinsamen Widerstand R1 mit einem ein Referenzpotential führenden Ausgangsanschluß U gekoppelt sind. An Basis und Kollektor des Transistors T1 ist die Basis eines npn-Transistors T2 angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand R3 mit dem Bezugspotential M und dessen Kollektor über einen Widerstand R2 mit dem Ausgangsanschluß U gekoppelt ist.
  • An dem Ausgangsanschluß U ist darüber hinaus der Emitter eines npn-Transistors T4 angeschlossen, dessen Kollektor mit einem Versorgungspotential V verbunden ist. Die Basis des Transistors T4 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors T3 verbunden, dessen Emitter an das Bezugspotential M und dessen Basis an den Kollektor des Transistors T2 angeschlossen ist. Dem Widerstand R2 ist eine Kapazität C1 parallel geschaltet.
  • Die Basis des Transistors T4 ist darüber hinaus über einen Widerstand R8 sowie eine Stromquellenschaltung an das Versorgungspotential V angeschlossen.
  • Die Stromquellenschaltung weist einen pnp-Transistor T6 auf, dessen Emitter über einen Widerstand R5 mit dem Versorgungspotential V und dessen Kollektor über den Widerstand R8 mit der Basis des Transistors T4 bzw. dem Kollektor des Transistors T3 verbunden ist. Die Basis des Transistors T6 ist mit Basis und Kollektor eines pnp-Transistors T7 verschaltet, dessen Emitter über einen Widerstand R6 mit dem Versorgungspotential V gekoppelt ist. Basis und Kollektor des Transistors T7 sowie die Basis des Transistors T6 sind darüber hinaus mit dem Kollektor eines npn-Transistors T5 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand R4 an das Bezugspotential M angeschlossen ist und dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß U verbunden ist.
  • Neben dem Ausgangsanschluß U, an dem das Referenzpotential abgreifbar ist, kann darüber hinaus ein Ausgangsanschluß I vorgesehen werden, der einen Referenzstrom führt. Dazu ist der Ausgangsanschluß I mit dem Kollektor eines pnp-Transistors T8 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand R7 mit dem Versorgungspotential V verbunden ist und dessen Basis mit den Basen der Transistoren T6 und T7 verschaltet ist.
  • Die Bemessung des Kondensators C1 hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab, wobei auch hier bei höheren Kapazitäten das Rauschverhalten und bei niedrigeren Kapazitäten das Einschaltverhalten günstiger wird. Der Widerstand R8 wird so groß wie möglich gewählt, um eine möglichst hohe Isolation zu gewahrleisten.

Claims (2)

  1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Referenzpotentials mit einem ersten Transistor (T1), dessen Emitter mit einem Bezugspotential (M) verbunden ist und dessen Basis und Kollektor miteinander verschaltet sind,
    mit einem zweiten Transistor (T2), dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors (T1) verbunden ist,
    mit einem ersten Widerstand (R1), der zwischen den Kollektor des ersten Transistors (T1) und einem Ausgangsanschluß (U) zum Abgreifen des Referenzpotentials geschaltet ist,
    mit einem zweiten Widerstand (R2), der zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (T2) und den Ausgangsanschluß (U) geschaltet ist,
    mit einem dritten Widerstand (R3), der zwischen den Emitter des zweiten Transistors (T2) und das Bezugspotential (M) geschaltet ist,
    mit einem dritten Transistor (T3), dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) und dessen Emitter mit dem Bezugspotential (M) verbunden ist, und mit einer gesteuerten Stromquelle (T4), die zwischen ein Versorgungspotential (V) und den Ausgangsanschluß (U) geschaltet ist und die eingangsseitig mit dem Kollektor des dritten Transistors (T3) gekoppelt ist, wobei
    eine Kapazität (C1) vorgesehen ist, die dem zweiten Widerstand (R2) parallel geschaltet ist,
    die gesteuerte Stromquelle (T3, T4) einen vierten Transistor (T4) aufweist, dessen Kollektor mit dem Versorgungspotential (V), dessen Emitter mit dem Ausgangsanschluß (U) und dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors (T3) verbunden ist,
    zwischen Basis und Kollektor des vierten Transistors (T4) eine weitere Stromquelle (T5, T6, T7, R4, R5, R6) geschaltet ist und
    die weitere Stromquelle (T5, T6, T7, R4, R5, R6) aufweist:
    Einen fünften Transistor (T5), dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß (U) und dessen Emitter unter Zwischenschaltung eines vierten Widerstandes (R4) mit dem Bezugspotential (M) verbunden ist;
    einen sechsten Transistor (T6), dessen Emitter (T6) unter Zwischenschaltung eines fünften Widerstandes (R5) mit dem Versorgungspotential (V) verbunden ist, dessen Kollektor mit der Basis des vierten Transistors (T4) verschaltet ist und dessen Basis mit dem Kollektor des fünften Transistors (T5) gekoppelt ist;
    einen siebten Transistor (T7), dessen Basis und Kollektor miteinander sowie mit dem Kollektor des fünften Transistors (T5) gekoppelt sind und dessen Emitter unter Zwischenschaltung eines sechsten Widerstandes (R6) mit dem Versorgungspotential (V) verbunden ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur weiteren Stromquelle (T6, T7) ein achter Widerstand (R8) geschaltet ist.
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